Системы электростартерного пуска ДВС

17.03.2021г. Здравствуйте уважаемые студенты ТЭТп-18. Мугалимов Риф Гарифович. Работаем дистанционно через образовательный портал Университета. Изучаемая дисциплина называется «Электрооборудование транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования». По учебной программе предусмотрено: - лекции – 16 часов (8 лекций); - практические занятия – 16 часов (8 занятий); Аттестация - Зачет по дисциплине, второй семестр 2020/2021г. Лекция 3. Тема «Системы электростартерного пуска ДВС» - 2 часа. Цель лекции – Изучить требования к пуску ДВС, устройство и принцип действия системы электростартерного пуска ДВС. Познакомиться с возможными неисправностями автомобильного электростартера, получить знания по обслуживанию и ремонту автомобильных электростартеров. Ваша задача сегодня изучить эту тему и подготовить свой конспект лекции. При выполнении практического занятия 3 (лабораторной работы 3) он Вам пригодиться. 3.1 Пусковые качества автомобильных ДВС Возможность осуществления надёжного пуска двигателя зависит от многих конструктивный и эксплуатационных факторов, к которым относят степень сжатия, рабочий объем; число и схему расположения цилиндров, тепловое состояние деталей двигателя, регулировочные параметры системы зажигания (для бензиновых двигателей) и топливной аппаратуры, низкотемпературные свойства топлива, вязкостно-температурные характеристики моторного масла, мощность и энергоемкость системы пуска; наличие и эффективность вспомогательных пусковых устройств и т.д. Поршневые двигатели внутреннего сгорания начинают работать устойчиво при относительно высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для начала и развития процессов образования, воспламенения и сгорания топливо-воздушной смеси и способствовать выходу двигателя на устойчивый режим самостоятельной работы. Характер протекания пусковых процессов и требования к пусковой частоте вращения коленчатого вала различны для бензиновых двигателей и дизелей. Пусковая частота вращения коленчатого вала бензинового двигателя должна быть достаточной для подготовки топливо-воздушной смеси, способной воспламениться от электрической искры. При пуске холодного бензинового двигателя из-за низкой температуры топлива, стенок впускного трубопровода, и малой скорости перемещения в нём воздушного потока в смесеобразовании участвуют только легкие испаряющиеся фракции бензина, поэтому пусковые качества бензина оценивают по температуре выкипания 10% фракций. Для подготовки смеси, находящейся в пределах воспламеняемости, при пуске увеличивают подачу топлива за счёт оптимальной для пуска регулировки топливной аппаратуры. Рис. 3.1 представлена зависимость момента сопротивления от частоты вращения коленчатого вала при пуске бензинового двигателя. Рис. 3.1 Зависимость момента сопротивления от частоты вращения коленчатого вала при пуске бензинового двигателя: - - - - - - масло М6з/10Г1; ---------- масло М8Б2. С уменьшением пусковой частоты вращения коленчатого вала становится более продолжительным процесс сжатия, увеличивается теплопередача в холодные стенки цилиндра и пропуск газов через неплотности в поршневых кольцах и клапанах: давление и температура в конце сжатия уменьшаются, что ухудшает условия воспламенения смеси и распространения пламени. Уменьшение массы смеси из-за отсутствия дозарядки цилиндров за счет инерции воздушного потока при запаздывании закрытия впускного клапана снижает количество выделяемой при сгорании теплоты и индикаторную мощность, развиваемую двигателем при пуске. Ухудшение условий смесеобразования при пуске приводит к необходимости увеличения энергий электрической искры. Для пусковых режимов подбирается наивыгоднейший угол опережения зажигания. В дизелях топливо-воздушная смесь образуется непосредственно в цилиндpax после подачи топлива форсункой. Воспламенение смеси происходит под действием высокой температуры в камере сгорания. Вследствие малой продолжительности процесса смесеобразования и отсутствия принудительного зажигания топливо-воздушной смеси пуск дизелей осуществить сложнее. Пуск дизелей улучшается с увеличением цетанового числа топлива, по которому оценивают его способность к воспламенению. При низких температурах большую роль играет испаряемость дизельного топлива. Пусковые свойства дизельного топлива оценивают по температуре выкипания 50% фракций или по количеству фракции, выкипающих до температуры 300°С. Температура в цилиндре в момент подачи топлива должна превышать температуру самовоспламенения топлива, чтобы период задержки воспламенения был меньше времени, отводимого при пуске на образование смеси и развитие предпламенных реакций. При пусковых частотах в режиме электростартерного пуска с большое неравномерностью вращения коленчатого вала резко увеличивается продолжительность процессов сжатия, что вызывает соответствующий рост утечек тепла и рабочего заряда, и снижение температуры и давления в цилиндрах в конце такта сжатия. Достаточные для воспламенения топливо-воздушной смеси давление и температура в цилиндрах дизелей достигаются благодаря большей, чем у бензиновых двигателей, степени сжатия и увеличенной частоте вращения коленчатого вала пусковым устройством. Надёжность пуска дизеля повышается зa счет надлежащего подбора диаметра и числа сопловых отверстий распылителя форсунки, правильной ориентации распылителя в камере сгорания, увеличения давления впрыскивания и количества подаваемого топлива, а также подбора наивыгоднейшего для пуска угла опережения подачи топлива. При пуске двигателя пусковое устройство преодолевает сопротивление вращению коленчатого вала. Момент сопротивления Мс складывается в основном из момента сил трения в кинематических парах двигателя и момента газовых сил, обусловленного разностью работ сжатия и расширения в цилиндрах двигателя. Момент сопротивления, зависит от температуры Т, средней частоты n и неравномерности вращения коленчатого вала, числа, схемы расположения и рабочего объема цилиндров, а также от размеров трущихся поверхностей двигателя. Пусковые качества автомобильных двигателей оценивают по минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала nmin и среднему давлению трения рт. Минимальная пусковая частота вращения - это наименьшая частота вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя в заданных условиях происходит за две попытки пуска продолжительностью по 10с для бензиновых двигателей и по 15с для дизелей с перерывами между попытками в 1 мин. Минимальные пусковые частоты определяются по зависимости времени пуска tn от средней частоты вращения n коленчатого вала (рис.3.2). Требуемые, пусковые частоты для автомобильных бензиновых двигателей - 40-85 мин-1, а для дизелей - 50-200 мин-1. Минимальные пусковые частоты увеличиваются с понижением температуры, увеличением вязкости масла и заметно снижаются при увеличении числа цилиндров двигателя и использовании устройств для облегчения пуска. Рис 3.2 Пусковые характеристики двигателей: а –бензиновый двигатель Ауди-100 (масло SAE 10W-40); б-дизельный двигатель D-18; 1 –без средств облегчения пуска; 2 –с электрофакельным устройством Среднее давление трения представляет собой условную удельную величину, характеризующую сопротивление вращению коленчатого вала двигателя, укомплектованного всеми штатными навесными агрегатами: , Где РТ -среднее давление трения, Па; Мс -средний момент сопротивления, Н-м; Vh -рабочий объем двигателя, м3. По минимальной пусковой частоте вращения nmin и соответствующему ей моменту сопротивлении Мс определяют требуемую пусковую мощность. Пусковые качества двигателей на автомобилях оценивают по предельной температуре надежного пуска и времени подготовки двигателя к принятию нагрузки (табл.1). Таблица 1 Предельные температуры надежного пуска холодных двигателей и время их подготовки к принятию нагрузки Тип двигателя и предельная температура, С Моторное масло, его вязкость, сСт Топливо Время подготовки двигателя к принятию нагрузки, мин, не более Карбюраторный +45 -20 -30 Дизель с камерой сгорания в поршне и турбонаддувом при степени сжатия не ниже 15: -20 -25 Летнее 5000 5000 4000 6000 Бензин с октановым числом не менее 91 Дизельное зимнее топливо /-/ 3 8 10 8 10 Предельная температура надежного, пуска наиболее низкая температура окружающего воздуха, при которой осуществляется, надежный пуск холодного двигателя. Под надежным пуском понимается пуск двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном топливе, при использовании штатных аккумуляторных батарей, имеющих 75%-ю степень заряженности, не более чем за три попытки пуска холодного двигателя и не более чем за две попытки пуска горячего двигателя или после предпускового его подогрева. Холодный двигатель - двигатель, температура деталей, охлаждающей жидкости, масла и топлива которого отличаются от температуры окружающего воздуха не более чем на 1°С. Горячий двигатель -двигатель, остановленный после работы, при температуре окружающего воздуха до +45°С и температуре деталей двигателя, охлаждающей жидкости и масла не ниже рабочей. Время подготовки двигателя к принятию нагрузки - это затраты времени на приведение в действие и работу устройства для облегчения пуска холодного двигателя или системы предпускового подогрева, на пуск двигателя и его работу в режиме холостого хода до достижения состояния, обеспечивающего принятие нагрузки. При использовании предпускового подогревателя время подогрева электролита аккумуляторной батареи до температуры не ниже -35°С не учитывается. 3.2 Системы электростартерного пуска Тип системы пуска определяет используемая энергия и конструкция основного пускового устройства (стартера). Для пуска автомобильных двигателей используют системы электростартерного пуска. Они надёжны в работе, обеспечивают дистанционное управление и возможность автоматизации процесса пуска двигателей с помощью электротехнических устройств. Структуры схем систем электростартерного пуска отличаются между собой незначительно (рис.3.3). Рис 3.3 Структурная схема системы пуска В системах управления электростартером предусмотрены электромагнитные тяговые реле дополнительные реле и реле блокировки, обеспечивающие дистанционное включение, автоматическое, отключение стартера от аккумуляторной батареи, после пуска двигателя и предотвращение включения стартера при работающем двигателе. Источником энергии в системах электростартерного пуска является стартерная свинцовая аккумуляторная батарея - химический источник тока, поэтому в электростартерах используют электродвигатели постоянного тока. Характеристики стартерного электропривода с электродвигателями постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения хорошо согласуются со сложным характером нагрузки, создаваемой поршневым двигателем при пуске. Стартерный электродвигатель получает питание от аккумуляторной батареи через замкнутые контакты 2 (рис. 3.4) тягового электромагнитного реле. При замыкании контактов выключателя S приборов и стартера, дополнительного реле или реле блокировки втягивающая 3 издерживающая 4 обмотки тягового реле подключаются к аккумуляторной батарее GB. Якорь 5 тягового реле притягивается к сердечнику электромагнита и с помощью штока 6 и рычага 7 механизма привода вводит шестерню 10 в зацепление с зубчатым венцом 11 маховика двигателя. В конце хода якоря 5 контактная пластина 2 замыкает силовые контактные болты, и стартерный электродвигатель 12, получая питание от аккумуляторной батареи, приводит во вращение коленчатый вал двигателя. Рис. 3.4 Схема включения электростартера: 1 –контактный болт; 2 –подвижный контактный диск; 3, 4 –соответственно втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле; 5 –якорь тягового реле; 6 –шток; 7 –рычаг привода; 8 –подводковая муфта; 9 –муфта свободного хода; 10 –шестерня привода; 11 –зубчатый венец маховика; 12 –стартерный электродвигатель. После пуска двигателя муфта свободного хода 9 предотвращает передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигателя. Шестерня привода не выходит из зацепления с венцом маховика до тех пор, пока замкнуты контактные болты 1. При размыкании выключателя S втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле подсоединяется к аккумуляторной батарее последовательно через силовые контактные болты 1. Так как число витков у обеих обмоток одинаково и по ним при последовательном соединении проходит один и тот же ток, обмотки при разомкнутом выключателе S создают два равных, но противоположно направленных магнитных потока. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина перемещает якорь 5 реле в исходное нерабочее положение и выводит шестерню 10 из зацепления с зубчатым венцом маховика. При этом размыкаются и силовые контактные болты 1. Недостатком систем электростартерного пуска с дистанционным управлением является большое количество элементов и необходимость применения сложных конструкций стартеров. Однако их использование позволяет уменьшить длину силовых электроцепей стартерного электродвигателя и тягового реле, уменьшить продолжительность пуска, расход энергии на пуск и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной батареи и стартера. 3.3 Особенности работы электростартеров и требования к электростартёрам Электростартер получает питание от аккумуляторной батареи автономного источника электроэнергии ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения напряжения в батарее напряжение на выводах электростартера не остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы потребляемого тока. Сила тока электростартеров может составлять несколько сот и даже тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного электродвигателя большое влияние оказывает падение напряжения в стартерной сети, т.е. в стартерном проводе и “массе”. Характеристики стартерных электродвигателей зависят от емкости и технического состояния аккумуляторной батареи. “Семейству” вольт-амперных характеристик батареи соответствует “Семейство” рабочих и механических характеристик стартерного электродвигателя. Для стартерного электропривода двигателя характерна значительная неравномерность нагрузки, обусловленная резким изменением момента сопротивления, от сил давления газов в цилиндрах и сложной кинематикой кривошипно-шатунного механизма. При переменной нагрузке снижается мощности и КПД системы пуска, что необходимо учитывать при выборе мощности стартерного электродвигателя и емкости аккумуляторной батареи. Режим работы электростартеров - кратковременный с длительностью включения до 10 с при температуре 20°С. При отрицательных температурах допускается, длительность работы до 15 с для стартеров бензиновых двигателей и до 20 с для, стартеров дизелей. Длительное время по отношению к периоду прокручивания коленчатого вала двигателя стартер может работать в режимах полного торможения и холостого хода. Якорь стартера должен без повреждений в течение 20с. выдерживать нагрузки, возникающие при частоте вращения коленчатого вала, на 20% превышающей частоту его вращения в режиме холостого хода. Якорь стартера должен иметь надежный привод к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически отключаться от него после осуществления пуска. Конструкция стартерами зубчатая передача должны обеспечивать надежный ввод шестерни в зацепление и передачу коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от механических повреждений. Тяговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 В Для Uн=12 В и до 18 В для Uн=24 В при температуре окружающей среды (20±5)°С. Контакты тягового реле должны оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера до 5,4 и 10,8 В При номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В. Автомобильные электростартеры имеют степень защиты не ниже IRX4 (по ГОСТ 14254-80), кроме полости механизма привода. Пусковой цикл (попытка пуска) на двигателе (на стенде) не должен превышать 15 с при температуре окружающей среды (20±5)°С. Допускается не более трех пусковых циклов подряд с перерывам между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры окружающей среды допускается еще один пусковой цикл. Не допускается нагружать стартер более чем на номинальную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим на его работоспособность. Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствуют правильное согласование характеристик элементов системы, пуска и обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется минимальное количество энергии источника тока. Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров и массы стартера и батареи, а также для удобства их установки и технического обслуживания важно предусмотреть рациональное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле. Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной характеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками двигателя, является передаточное число привода. При изменении передаточного числа привода меняется наклон механической характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к коленчатому валу двигателя. С повышением передаточного числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых наилучшим образом используются мощностные характеристики стартерного электродвигателя. Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные параметры при нормальные климатических условиях: температура окружающего воздуха (25±10)°С; относительная влажность (45-80)%; атмосферное давление (84-106) кПа. 3.4 Устройство электростартеров Автомобильные электростартеры отличаются по способу управления и возбуждения, типу механизма привода, способу крепления на двигателе и степени защиты от проникновения пыли и воды. По типу и принципу работы приводных механизмов выделяют стартеры с электромеханическим перемещением шестерни привода, которые получили наибольшее распространение, и стартеры с инерционным или комбинированным приводом. Для предотвращения разноса якоря после пуска двигателя в автомобильные электростартеры устанавливают роликовые, храповые и фрикционно-храповые муфты свободного хода. Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением, электромагнитного тягового реле и механизма привода. В стартер может быть встроен дополнительный редуктор. Узлами и деталями электростартера с электромеханическим включением шестерни являются корпус с полюсами и катушками обмотки возбуждения, якорь с обмоткой и коллектором, механизм привода муфтой свободного хода, шестерней и буферной пружиной, электромагнитное тяговое реле с корпусом, обмоткой, контактными болтами с контактами, крышка со стороны привода, крышка со стороны коллектора и щеточный узел с щеткодержателями, щетками и щеточными пружинами. Корпусы (рис. 3.5) электростартеров изготавливают из трубы или стальной полосы с последующей сваркой стыка. С целью улучшения герметизации корпус не имеет окон для доступа к щеткам. Длина корпуса в 1,6-2 раза больше длины пакета якоря. Толщина корпуса зависит от диаметра D корпуса и составляет (0,05-0,08) D. В корпусе 2 предусмотрено отверстие для выводного болта 8 обмотки возбуждения. Корпус может иметь установочные прорези на торцах и конусообразные проточки для установки уплотнительных колец. К корпусу 2 винтами 3 крепят полюсы 12 с катушками 1 обмотки возбуждения. Все автомобильные стартёры выполняют четырехполюсными. Катушки последовательных и параллельных обмоток возбуждения устанавливают на отдельных полюсах, поэтому число катушек равно числу полюсов. Рис. 3.5 Корпус стартера в сборе: 1 –катушка; 2 –корпус; 3 –винт полюса; 4 –изоляционная втулка; 5, 6 –соответственно уплотнительная и изоляционная шайбы; 7 –шайба; 8 –выводной болт; 9 –гайка; 10 –пружинная шайба; 11 –изоляционный материал; 12 –полюс Катушки последовательной обмотки имеют небольшое число витков неизолированного медного провода 3 прямоугольного сечения марки ПММ. Между витками катушки прокладывают электроизоляционный картон толщиной 0,2-0,4 мм. Катушки параллельной обмотки возбуждения наматывают изолированным, круглым проводом марок ПЭВ-2 и ПЭТВ снаружи катушки изолируют лентой из изоляционного материала (хлопчатобумажная тафтяная лента, батистовая лента). Внешняя изоляция после пропитывания лаком и просушивания имеет толщину 1,0-1,5 мм. Перспективно применение полимерных материалов при изолировании катушек, с помощью которых можно получить покрытия, равномерные по, толщине, стойкие к воздействию агрессивной среды и повышенной температуры. Якорь стартера представляет собой шихтованный сердечник, в пазы которого укладываются секции обмотки. В шихтованном сердечнике меньше потери на вихревые токи. Пакет якоря напрессован на вал, вращающийся в двух или трех опорах с бронзографитовыми подшипниками, подшипниками из других порошковых материалов, либо с подшипниками качения. В стартерных электродвигателях применяют простые волновые обмотки с одно- и двухвитковыми секциями. Одновитковые секции выполняют из неизолированного прямоугольного провода. Обмотки с двухвитковыми секциями наматывают круглыми изолированными проводами (ПЭВ-2 и ПЭТВ). Концы секций обмотки якоря укладывают в прорези “петушков” коллекторных пластин. Конец одной секции и начало следующей по ходу обмотки присоединяют к одной коллекторной пластине. На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи, состоящие из нескольких витков проволоки, xлопчатобумажного шнура или стекловолокнистого материала, намотанных на прокладку из электроизоляционного картона. Бандаж из стекловолокна менее дорогостоящий, для него можно не применять крепежные скобы. Бандаж может быть изготовлен в виде алюминиевого кольца с изоляционной кольцевой прокладкой из гетинакса или текстолита. Лобовые части секций изолируют друг от друга электроизоляционным картоном. В электростартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке, а также цилиндрические торцовые коллекторы с пластмассовым корпусом. Сборные цилиндрические коллекторы, применяемые на стартерах большой мощности, составляют из медных пластин и изолирующий прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта. Пластины в коллекторе закрепляются с помощью металлических нажимных колец и изоляционных корпусов по боковым опорным поверхностям. От металлической втулки, которую напрессовывают на вал якоря, медные пластины изолируют цилиндрической втулкой из миканита. Рабочая поверхность коллектора должна иметь строго цилиндрическую форму. Монолитность конструкции и биение рабочей поверхности сборных цилиндрических коллекторов зависят от точности изготовления сопрягаемых деталей. Вследствие податливости изоляционных прокладок между пластинами первоначальная форма сборного цилиндрического коллектора в процессе эксплуатации может измениться, что приводит к усилению искрения под щётками. В цилиндрических коллекторах с пластмассовым корпусом пластмасса является формирующим элементом коллектора. Она плотно охватывает сопрягаемые поверхности независимо от конфигурации и точности изготовления коллекторных пластин, изолирует коллекторные пластины от вала и воспринимает нагрузки. В отечественной автопромышленности качестве пресс-материала чаще всего используется пластмасса АГ-4С. Для повышения прочности коллектора применяют армировочные кольца из металла и пресс-материала. При небольших размерах коллектор может быть изготовлен из цельной цилиндрической заготовки, разрезаемой после опрессовки пластмассой на отдельные ламели. Торцовые коллекторы по сравнению с цилиндрическими имеют меньшие размеры и металлоемкость. Рабочая поверхность торцового коллектора находится в плоскости, перпендикулярной к оси вращения якоря. При изготовлении торцового коллектора из медной втулки формируется пластина в виде диска с отверстием, прямоугольными пазами по числу требуемых коллекторных пластин и кольцевыми выступами. Диск со стороны выступов опрессовывается пластмассой. В пластмассовом корпусе прошивают внутреннее отверстие для напрессовки коллектора на вал. Для разделения пластин производится обсечка коллектора по наружному диаметру. Щетки в щеткодержателях должны перемещаться свободно, но без сильного бокового люфта, В электростартерах применяют меднографитные щетки с добавками свинца и олова. Содержание графита выше в щетках для мощных стартеров и стартеров для тяжелых условии-эксплуатации. Плотность тока jщ в щетках электростартеров находится в пределах 40-100 А/см2. От допустимой плотности тока зависят размеры щеток и падение напряжения под щетками Uщ. Крышки со стороны коллектора изготавливают методом литья из чугуна, стали, алюминиевого или цинкового сплава, а также штампуют из стали. Крышки могут иметь дисковую или колоколообразную форму. В крышках колоколообразной формы предусмотрены окна для доступа к щеткам. Крышки со стороны привода изготавливают методом литья из алюминиевого сплава или чугуна. Конструкций крышки зависит от материала, из которого она изготовлена, типа механизма привода, способа крепления стартера на двигателе и тягового реле на стартере. Установочные фланцы крышки имеют два или большее число отверстий под болты крепления стартера. Фланцевое крепление стартера к картеру сцепления дает возможность сохранить постоянство межосевого расстояния в зубчатом зацеплении при снятии и повторной установке стартера. В крышке предусмотрено отверстие, которое позволяет шестерне привода входить в зацепление с венцом маховика. В крышках и промежуточной опоре устанавливают подшипники скольжения. Промежуточную опору предусматривают в стартерах с диаметром кopпyca 115 мм и более. Подшипники смазывают в процессе производства и при необходимости во время технического обслуживания в эксплуатации. В стартерах большой мощности для грузовых автомобилей бобышки подшипников имеют масленки с резервуарами для смазочного материала и смазочными фильцами. Управляемые дистанционно тяговые реле обеспечивают, ввод шестерни, в зацепление с венцом маховика и подключают стартерный электродвигатель к аккумуляторной батарее. Они отличаются по способу крепления на стартере, количеству обмоток, конструкции контактного устройства и форме стопа электромагнита. На большинстве стартеров тяговое реле располагают на приливе крышки со стороны привода. С фланцем прилива крышки реле соединяют непосредственно или через дополнительные крепежные элементы. Реле может иметь одну или две обмотки, намотанные на латунную втулку, в которой свободно перемещается стальной якорь, воздействующий на шток с подвижным контактным диском. Два неподвижных контакта в виде контактных болтов закрепляют в пластмассовой крышке. В двухобмоточном реле удерживающая обмотка, рассчитанная только на удержание якоря, реле в притянутом к сердечнику состоянии, намотана проводом меньшего сечения и имеет прямой, выход на “массу”. Втягивающая обмотка подключена параллельно контактам реле. При включении реле она действует согласно с удерживающей обмоткой и создает необходимую силу притяжения, когда зазор между якорем и сердечником максимален. Во время работы стартерного электродвигателя замкнутые контакты тягового реле шунтируют втягивающую обмотку и выключают ее из работы. Контактные системы могут быть разделенной или неразделенной конструкции. При неразделенной контактной системе подвижный контакт снабжен пружиной. Перемещение подвижного контактного диска в исходное нерабочее положение обеспечивает возвратная пружина. В разделенной контактной системе подвижный контактный диск не связан жестко якорем реле. Контактный диск круглой, фасонной или прямоугольной формы устанавливают между изоляционной втулкой и шайбой на штоке. Это обеспечивает надёжное соединение контактов реле при возможном перекосе и перемещении диска вдоль оси штока за счет сжатия пружин контактной системы. Тяговое реле рычагом связано с механизмом привода, расположенным на шлицевой части вала. Рычаг воздействует на привод через поводковую муфту. Его отливают из полимерного материала или выполняют составным из двух штампованных стальных частей, которые соединяют заклепками или сваркой. Рис. 3.6 Стартер Bosch А255: 1 –вал якоря; 2 –шестерня привода; 3 –втулка шестерни; 4 –ролик муфты свободного хода; 5 –кожух муфты; 6 –ось рычага привода шестерни; 7 –крышка стартера со стороны шестерни; 9 –якорь тягового реле; 10 –корпус втягивающего реле; 11 –втягивающая обмотка тягового реле; 12 –удерживающая обмотка тягового реле; 13 –шток тягового реле; 14 –сердечник тягового реле; 15 –контактная пластина; 16 –крышка втягивающего реле; 17 –контактные болты; 18 –торцевой коллектор; 19 –щетка; 20 –пружина щетки; 21 –втулка крышки стартера4 22 – кожух; 23 –стяжной болт; 24 –крышка стартера со стороны коллектора; 25 –обмотка якоря; 26 –сердечник якоря; 27 –обмотка стартера; 28 –полюс стартера; 29 –корпус стартера; 30 –ограничительный диск; 31–подводковое кольцо; 32 –центрирующий диск; 33 –буферная пружина; 34 –наружное кольцо муфты свободного хода; 35 –ступица муфты свободного хода; 36 –ограничительное кольцо хода шестерни Крепление стартеров на двигателях. Обычно стартер располагают сбоку картера двигателя, при этом крышка со стороны привода обращена в сторону маховика и входит в отверстие картера сцепления. Стартеры мощностью свыше 4,4кВт с диаметром корпуса 130-180 мм устанавливают в углублениях специальных приливов двигателя. К посадочной, поверхности прилива двигателя корпус стартера прижимается стальными лентами или литыми скобами. От проворота стартер фиксируют шпонками или штифтами. Шестерня механизма привода стартера может быть установлена между опорами под крышкой или консольно за ее пределами. Защита стартера от посторонних тел и воды. В эксплуатации стартеры подвержены воздействию влаги, масла, грязи. Конструкция стартера предусматривает защиту от них. Лучше защищены стартеры грузовых автомобилей. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема резиновых колец, применением втулок и уплотнительных прокладок из мягких пластических материалов. Герметизация стартера в местах вывода обмоток тягового реле и стартера обеспечивается установкой резиновых, шайб. Попадание в стартер и тяговое реле грязи, влаги и посторонних тел исключается благодаря установке резинового сильфона и резиновой армированной манжеты в промежуточной опоре. Герметизирующий сильфон не должен препятствовать регулированию механизма привода. 3.5 Характеристики электростартеров Свойства электростартеров оценивают по рабочим и механическим характеристикам. Рабочие характеристики представляют в виде зависимостей напряжения на зажимах стартера Uст полезной мощности P2 на валу, полезного вращающего момента M2, частоты вращения якоря nа и КПД стартерного электродвигателя от силы тока якоря Iа (рис.3.7). Рис.3.7 Рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным возбуждением При вращении якоря в его обмотке индуцируется ЭДС: Еа = cеnaФ, где: cе - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее работы; na – частота вращения якоря; na= Eа / cе Ф; Ф – магнитный поток, пpoxoдящий через воздушный зазор и якорь электродвигателя. При питании стартера от аккумуляторной батареи ЭДС: Eа = Uн - Δ Uщ – IаRаS = Uн - Δ Uщ – Iа(Rб + Rпр + Rа + Rс), где: ΔUщ - падение напряжения в контактах щетки-коллектор; RаS - суммарное сопротивление цепи якоря; Ядр - сопротивление стартерной сети; Rа - сопротивление обмотки якоря; Rд–сопротивление последовательной обмотки возбуждения. С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным возбуждением магнитный поток Ф падает, а nа быстро возрастает до значения nа0 при силе тока холостого хода Iа0 стартерах смешанного возбуждения частота вращения в режиме холостого хода ограничивается магнитным потоком параллельной обмотки возбуждения. При уменьшении нагрузки магнитный поток, создаваемый последовательной обмоткой, стремится к нулю, тогда как намагничивающая сила параллельной обмотки и создаваемый ею магнитный поток даже немного увеличиваются. Электромагнитный вращающий момент: М = СМIаФ, где: См - постоянная электрической машины. В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку возбуждения проходит весь ток якоря Ia, поэтому магнитный поток возрастает с увеличением нагрузки стартера. При одинаковых номинальных параметрах электродвигателей с параллельным и последовательным возбуждением последние развивают большие полезные моменты М2к режиме полного торможения. Это улучшает их тяговые свойства, облегчает трогание системы стартер-двигатель с места и раскручивание коленчатого вала при пуске двигателя при низких температурах. Подводимая к стартеру мощность за вычетом электрических потерь преобразуется в электромагнитную мощность Максимальная электромагнитная мощность Зависимость электромагнитной мощности от силы тока представляет собой симметричную параболу с максимальным значением при силе тока Im, равной половине тока Iк полного торможения. Полезная мощность Р2 на валу электродвигателя меньше электромагнитной на величину суммы Δ Р2 механических потерь в подшипниках, в щеточно-коллекторном узле и магнитных потерь в пакете якоря. Полезный вращающий момент на валу электродвигателя Сила тока, потребляемого электродвигателем со смешанным возбуждением: I = Iа + Is, где: Is = Uc/Rs - сила тока в параллельной обм6тке возбуждения; Rs - сопротивление параллельной обмотки возбуждения. Подводимая к стартерному электродвигателю мощность: P1 = UcтI. КПД стартерного электродвигателя: Механические характеристики электростартеров обычно представляют в виде зависимости вращающего момента M2 от частоты вращения якоря na (рис.3.8). Рис.3.8 Механические характеристики стартерных электродвигателей: 1 –с последовательным возбуждение; 2 –со смешанным возбуждением При снижении напряжения на выводах аккумуляторной батареи и стартера, в связи с понижением температуры или увеличением сопротивления стартерной сети при той же силе тока Iа = ЭДС Еа, частота вращения nа и мощность P2 электродвигателя уменьшаются (рис.3.9,а). При той же частоте вращения nа уменьшается вращающий момент М2 (рис.3.9,б). Влияние электросопротивления источника электроснабжения и стартерной сети на рабочие и механические характеристики стартерных электродвигателей требует однозначного указания условии, при, которых определяется номинальная мощность стартера. Номинальной считают наибольшую полезную мощность Рн в кратковременном режиме работы при электроснабжении от аккумуляторной батареи максимально допустимой емкости, установленной в технических условиях на стартер, при степени заряженности батареи 100 %, температуре электролита +20°С, при первой попытке пуска двигателя, без учета падения напряжения в стартерной сети. Номинальной мощности соответствуют сила тока Iн частота вращения nн и вращающий момент Мн. Рис.3.9 Характеристики стартерных электродвигателей при различных температурах: а –рабочие; б -механические Пусковая мощность Рп определяется как наибольшая полезная мощность в кратковременном режиме работы при электропитании от батареи, заряженной на 75%, при температура -20°С в конце третьей попытки пуска двигателя с учетом падения напряжения в проводке. Напряжение на выводах стартерного электродвигателя при определении номинальной мощности рассчитывается по формуле: где: аб - коэффициент, принимаемой равным 0,05 для батарей емкостью С20<100 Ач, а также 0,038 и 0,046 соответственно для батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР. Частоту вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания электростартером n* в различных условиях пуска определяют по точкам пересечения зависимостей момента сопротивления двигателя Мс и приведенного к коленчатому валу вращающего момента стартера М* от частоты вращения коленчатого вала n (рис.3.10,а). Минимальную температуру пуска Тмин определяют при совмещении на одном графике зависимостей частоты вращения nмин коленчатого вала электростартером n*, минимальной пусковой частоты вращения nмин от температуры Т окружающей среды (рис. 3.10, б). Рис.3.10. Характеристики работы системы электростартерного пуска на двигателе автомобиля ГАЗ-3110: а–схема для определения минимальной температуры пуска; б–совмещенные механические характеристики стартера СТ-230-Б и характеристики сопротивления двигателя при использовании масла SAE15W-40; 1 –стартер СТ230-Б,аккумуляторная батарея 6СТ-60; 2 –стартер СТ221, аккумуляторная батарей 6СТ-55 3.6 Схемы управления электростартерами Схемы внутренних соединений электростартеров с последовательным и смешанным возбуждением с использованием одно- и двухобмоточных тяговых реле приведены на рис.3.11. Рис.3.11. Наиболее распространенные схемы внутренних соединений электростартеров Однообмоточное тяговое реле подключается к аккумуляторной батарее GB (рис. 3.12). Рис.3.12. Наиболее распространенные схемы управления электростартерами: 1–электростартер; 2 –выключатель зажигания и стартера; 3 –дополнительное реле; А –к выводу добавочного резистора На рис. 3.12: а) переводом ключа выключателя зажигания 2 с контактами S1 в нефиксированное положение “стартер”. Якорь тягового реле втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты реле К1 в цепи электродвигателя М. Силовые контакты замыкаются до полного ввода шестерни в зацепление. Если шестерня упирается в венец маховика, корь реле продолжает перемещаться вследствие сжатия буферной пружины привода и замыкает силовые контакты. Якорь с шестерней начинают вращаться, и шестерня под действием буферной пружины входит в зацепление, когда зуб шестерни устанавливается против впадины зубчатого венца маховика. Использование дополнительного усилия в шлицевом соединении вала и направляющей втулки ведущей обоймы роликовой муфты свободного хода для перемещения шестерни позволяет уменьшить тяговое усилие и ход якоря электромагнита, размеры и массу тягового реле. Для отключения стартера необходимо снять усилие с ключа выключателя зажигания. Ключ автоматически займет положение “Зажигание”. При этом якорь отключенного от источника тока тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходное положение. На рис.3.12, б, в – в стартерах с двухобмоточными реле при замыкании контактов S1 выключателя зажигания 2 ток от батареи проходит через втягивающую и удерживающую обмотки. При замыкании контактов реле К1 втягивающая обмотка замыкается накоротко. На рис.3.12, в, г и д – обмотки тягового реле К1 могут подключаться к источнику тока через контакты вспомогательного реле К2. Дополнительный контакт 17 в тяговом реле или во вспомогательном реле замыкает накоротко добавочный резистор катушки зажигания. В рассмотренных схемах управление после, пуска двигателя следует немедленно выключить стартер, так как при длительном вращении ведомой обоймы с шестерней привода возможно заклинивание роликовой муфты свободного хода и повреждение якоря. Включение, стартера при работе двигателя может привести к повреждению зубьев шестерни и венца маховика или выходу из строя муфты свободного хода. Надежность системы пуска и срок службы стартера можно повысить за счет автоматизации отключения стартера после пуска двигателя и блокировки его включения при работе двигателя. Электронное устройство 2612.3747 (рис.3.13) автоматического отключения и блокировки включения стартера содержит блок управления и датчик частоты вращения коленчатого вала. Блок управления настроен на частоту вращения, при которой стартер должен отключаться. Частота эта должна быть больше максимально возможной пусковой частоты вращения коленчатого вала электростартером и меньше минимальной частоты вращения коленвала в режиме прогрева двигателя пoслe пуска. При пуске двигателя выключатель приборов и стартера переводится в положение “стартер”, транзистор VT5 открывается (первое устойчивое состояние триггера на транзисторах VT4 и VT5) и подключает к аккумуляторной батарее вспомогательное реле, которое включает стартер. При вращении коленчатого вала двигателя через вход 4 штекерного разъема на электронное устройство подается синусоидальное напряжение от фазы генератора, которое транзистором VT1 преобразуется в прямоугольные импульсы нормированной амплитуды. С помощью резисторов R1, R2, R3 и конденсатора С1 ограничивается входное напряжение и отфильтровываются импульсные помехи во входных цепях. Рис.3.13 Электронное устройство 2612.3747 (аналог Bosch) для автоматического отключения и блокировки стартера Прямоугольные импульсы заряжают конденсатор СЗ преобразователя частота-напряжение. Чем больше частота входного сигнала (частота вращения коленчатого вала двигателя), тем меньше промежутки времени между импульсами и разряд конденсатора С2. При определенной частоте вращения коленчатого вала напряжение на конденсаторе СЗ превышает опорное напряжение на резисторе R10-R15, транзисторы VT2 и VT3 открываются и триггер переводится во второе устойчивое состояние, когда транзистор VT4 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вспомогательное реле обесточивается и отключает стартер. Диоды VD10, VD13 и конденсаторы С5, С6 обеспечивают надежное закрытие транзисторов VT5 и VT4. Терморезистор R11 изменяет частоту вращения вала двигателя, при которой стартер должен отключаться, в соответствии с изменением температуры окружающего воздуха. Повторное включение стартера после первой неудачной попытки пуска возможно только после предварительного перевода ключа выключателя зажигания в положение “Выключено”. 3.7 Система стоп-старта Система стоп-старта выполняет функции автоматического управления остановкой и пуском двигателя, обеспечивая дополнительную экономию топлива за счет сокращения длительности работы, двигателя в режиме холостого хода при остановке автомобиля и при медленном его движении с установленным в нейтральном положении рычагом коробки передач. Система начинает автоматически функционировать в том случае, если первоначальный пуск был осуществлен пусковой системой с электростартером и двигатель прогрет до температуры охлаждающей жидкости 65-100°С. Система стоп-старта (рис. 3.14) выключает зажигание и отключает подачу топлива, останавливая двигатель при скорости движения автомобиля менее 5 км/ч на нейтральной передаче и выключенном сцеплении. Для продолжения движения водитель нажимает на педаль дроссельной заслонки; при этом автоматически осуществляется пуск двигателя. Стартер и цепь зажигания включаются системой стоп-старта, если двигатель остановлен, с момента остановки двигателя прошло не менее 0,6 с и педаль сцепления выжата, а также при скорости движения автомобиля менее 10 км/ч. Функционирование системы обеспечивают датчики температуры охлаждающей жидкости, скорости движения автомобиля, положения педали сцепления; дроссельной заслонки и рычага переключения передач. Рис. 3.14 Схема системы стоп-старта (по версии фирмы Smart): 1 –генератор; 2 –датчик тахометра; 3 –датчик положения дроссельной заслонки; 4 –датчик нейтрального положения коробки передач; 5 –датчик температуры охлаждающей жидкости; 6 –датчик положения педали системы (отпущена, выжата); 7 –аккумуляторная батарея; 8 –испытательные точки; 9 –выключатель зажигания; 10 –переключатель работы системы; 13 –контрольная лампа остановки двигателя; 14 –цепь обогрева стекол; 15 –стартер; 16 –выключатель бензонасоса; 17 –катушка зажигания К недостаткам системы стоп-старта относятся увеличение количества включений стартера и повышенное потребление энергии от аккумуляторной батареи. Вопросы для самопроверки: 1. Назовите основные требования к пуску ДВС: - для бензиновых двигателей; - для дизельных двигателей. 2. Каким образом механическая энергия электростартера передается на коленчатый вал ДВС. 3. Перечислите главные элементы, входящие в систему электростартерного пуска. 4. Объясните устройство и принцип действия электродвигателя стартера. 5. Объясните назначение и устройство электромагнитного реле. 6. Приведите варианты схем электростартеров. 7. Какие способы и устройства применяются для облегчения пуска ДВС электростартерами. 8. Объясните назначение системы стоп-старта. Следующие два часа занятий (10.00 – 11.40) практическое занятие 3 (коллоквиум 2) по теме «Генераторная установка». Содержание практического занятия 3 (коллоквиум 2) смотрите на образовательном портале в разделе «Задания». С уважением к Вам, Риф Гарифович.