Система электрического пуска

Двигатель внутреннего сгорания начинает самостоятельно работать при условии, что его коленчатый вал вращается с определенной (пусковой) частотой, при которой обеспечивается нормальное протекание процессов смесеобразования, воспламенения и сгорания топлива. Пусковая частота вращения бензиновых двигателей составляет 40—50 мин^-1. У дизелей необходимо вращать коленчатый вал с большей частотой (100—200 мин^-1), так как при медленном вращении сжимаемый воздух не нагревается до необходимой температуры и топливо, впрыснутое в камеру сгорания, не воспламеняется.

Система электрического пуска состоит из аккумуляторной батареи, стартера и устройства для управления стартером.

Стартер — это агрегат, где объединены электродвигатель постоянного тока и привод, обеспечивающий передачу вращения от вала стартера коленчатому валу двигателя, а также быстрое разъединение этих валов после пуска. При прокручивании двигателя стартер должен преодолевать момент сопротивления, создаваемый силами трения и давлением сжатия, а при включении — и момент инерции вращающихся частей двигателя. Составляющие, которые определяют развиваемый стартером крутящий момент, зависят от литража и конструкции двигателя, числа цилиндров, степени сжатия, вязкости масла и частоты вращения.

Стартер состоит из электродвигателя постоянного тока, механизма привода и механизма управления. Конструкция электродвигателей почти одинакова у всех стартеров. Они изготовляются четырехполюсными последовательного и смешанного возбуждения. Наиболее часто применяются электродвигатели последовательного возбуждения. Недостатком этих двигателей является значительная частота вращения якоря в режиме холостого хода. При этом возрастают центробежные силы, действующие на якорь, и может произойти его разрушение (разнос). Для уменьшения частоты якоря в режиме холостого хода применяют электродвигатели смешанного возбуждения.

Передача крутящего момента от стартера к коленчатому валу осуществляется через шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом маховика. Для увеличения крутящего момента на коленчатом валу применяется понижающая передача с передаточным число 10—15.

Шестерня стартера должна находиться в зацеплении с зубчатым венцом только во время пуска двигателя. Для этого шестерня и вал электродвигателя снабжены шлицами, которые допускают осевое перемещение шестерни по валу для сцепления и расцепления ее с зубчатым венцом маховика. Перемещение шестерни в современных стартерах осуществляется электромагнитным реле, подвижный сердечник которого через рычаг передает на шестерню осевое усилие. Работой электромагнитного реле управляет водитель.

После пуска частота вращения коленчатого вала достигает 1000 мин^-1. Если при этом вращение будет передаваться на якорь стартера, его частота вращения повысится до 10 000—15 000 мин^-1. Даже при кратковременном увеличении частоты вращения якоря до такой величины (пока водитель не отключит стартер) возможен разнос якоря. Для предохранения якоря стартера от разноса усилие от вала якоря к шестерне привода у большинства стартеров передается через муфту свободного хода. Муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в одном направлении — от вала якоря к маховику.

На двигателях ВАЗ-2110 применяют стартер со смешанным возбуждением, а на двигателе Д-245 — с последовательным возбуждением. Оба стартера снабжены дистанционным управлением. Такая система имеет более сложную конструкцию, большую стоимость и позволяют автоматизировать процесс пуска, что помимо удобства управления сокращает время пуска, расход энергии аккумуляторной батареи и увеличивает срок службы элементов пусковой системы.

При дистанционном управлении (рис. 9.9) после поворота в пусковое положение ключа замка зажигания 10 срабатывает дополнительное реле стартера 2, контакты 3 которого замыкаются, подключают к аккумуляторной батарее втягивающую 6 и удерживающую 4 обмотки тягового реле стартера. Под действием намагничивающей силы двух обмоток якорь тягового реле втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит шестерню привода 5 в зацепление с венцом маховика и в конце хода, замыкая силовые контакты 7 тягового реле, включает цепь питания стартера. Одновременно подвижный контактный диск замыкает накоротко втягивающую обмотку 6 тягового реле.

Главные контакты тягового реле замыкаются, прежде чем шестерня привода полностью (до упора на валу якоря) войдет в зацепление. Однако как только якорь начинает вращаться и привод передает вращающий момент коленчатому валу двигателя внутреннего сгорания, в винтовых шлицах вала якоря и шлицевой втулке муфты свободного хода возникает осевое усилие, которое перемещает шестерню до упора и удерживает ее во включенном состоянии до тех пор, пока она является ведущей.

В тех случаях, когда шестерня упирается в венец маховика, якорь реле, сжимая буферную пружину, продолжает двигаться и замыкает силовые контакты реле. Якорь стартера совместно с приводом начинает вращаться, шестерня под действием буферной пружины и осевого усилия в винтовых шлицах входит в зацепление в тот момент, когда зуб шестерни расположен против впадины зубчатого венца маховика. Применение винтовых шлицев в сопряжении «вал якоря — направляющая втулка привода» позволяет уменьшить усилие и ход якоря электромагнита. Это способствует сокращению габаритных размеров, массы тягового реле и, следовательно, стартера в целом.

Рис. 9.9. Схема дистанционного управления стартером:

• 1 — катушка дополнительного реле стартера; 2 — дополнительное реле стартера; 3 — контакты реле; 4 — удерживающая обмотка; 5 — механизм включения стартера; 6 — втягивающая обмотка; 7 — силовые контакты стартера;
• 8 — стартер; 9 — аккумуляторная батарея; 10 — замок зажигания

Шлицевое соединение валя якоря с приводом упрощает выход шестерни из зацепления. Когда маховик работающего двигателя становится ведущим, направление осевого усилия в шлицах меняется и шестерня отжимается от маховика. Однако осевое усилие в шлицах недостаточно для преодоления силы притяжения электромагнита тягового реле. Поэтому шестерня остается в зацеплении до тех пор, пока водитель не отключит дополнительное реле 2 от источника тока.

При размыкании контактов 3 ток проходит через силовые контакты, втягивающую и удерживающую обмотки. Сердечник электромагнита размагничивается, и возвратная пружина, выдвигая якорь из электромагнита, позволяет разомкнуть силовые контакты реле. Возвратная пружина не только возвращает якорь тягового реле в исходное состояние, но и, воздействуя на рычаг включения привода, способствует выходу шестерни из зацепления с венцом маховика.

Автоматическое отключение стартера после пуска двигателя внутреннего сгорания осуществляется посредством реле блокировки.

Когда двигатель внутреннего сгорания начинает работать, генератор возбуждается и его ЭДС в цепи питания реле блокировки, противодействуя ЭДС аккумуляторной батареи, снижает напряжение на зажимах обмотки 1 реле блокировки стартера. Пружина оттягивает якорек реле и размыкает контакты 3.

Стартер автомобиля ВАЗ-2110 (рис. 9.10) —четырехполюсный электродвигатель с планетарным редуктором, дистанционным управлением и роликовой муфтой свободного хода. Особенностью данного стартера является планетарный редуктор, применение которого позволило уменьшить массу стартера и увеличить его мощность. Стартер состоит из корпуса 5, в котором установлены четыре магнита 25. На двух металлокерамических подшипниках внутри статора установлен якорь, его сердечник набран из пластин электротехнической стали, в пазах которого установлены обмотки якоря. Концы обмоток соединены с коллектором. Подшипники якоря установлены в задней 4 и передней 9 крышках. Планетарный редуктор с передаточным числом 1:4, 25 установлен между якорем и обгонной роликовой муфтой на двух подшипниках.

Рис. 9.10. Стартер автомобиля ВАЗ-2110:

• 1 — щетка; 2 — коллектор; 3 — винт крепления щеткодержателя; 4 — задняя крышка; 5 — корпус стартера; б — вывод «50» тягового реле; 7 — тяговое реле;
• 8 — якорь реле; 9 — крышка тягового реле; 10 — рычаг; 11 — кронштейн рычага; 12 — уплотнительная прокладка; 13 — планетарная шестерня; 14 — шестерня привода; 15 — втулка крышки; 16 — ограничительное кольцо; 17 — вал привода; 78 — обгонная муфта; 19 — кольцо отводки; 20 — опора вала привода; 21 — шестерня с внутренним зацеплением; 22 — водило; 23 — центральная шестерня; 24 — опора вала якоря; 25 — постоянный магнит; 26 — якорь;
• 27 — щеткодержатель

Тяговое реле 7 крепится к задней крышке 9. Реле двухобмоточное, имеет втягивающую и удерживающую обмотки. При включении стартера работают обе обмотки, а при работающем стартере втягивающая обмотка отключается и работает только удерживающая обмотка. Работа стартера с дистанционным управлением и с обгонной муфтой описана выше.

Стартер автомобиля ЗИЛ-5301 (рис. 9.11) представляет собой электродвигатель с последовательным возбуждением. К корпусу 17 крепятся задняя 21 и передняя 10 крышки стартера. К передней крышке 10 крепится тяговое реле, в котором установлены якорь 6, катушки 5, подвижные и неподвижные контакты 3 и 4 тягового реле.

Рис. 9.11. Стартер автомобиля ЗИЛ-5301:

• 1 — щетка; 2 — щеткодержатель; 3,4 — подвижный и неподвижный контакты тягового реле; 5 — катушка тягового реле; 6 — якорь; 7 — кожух реле;
• 8 — крепление рычага; 9 — рычаг; 10 — крышка стартера; 11 — упорное кольцо; 12 — заглушка; 13 — шестерня привода; 14 — обгонная муфта; 15 — вал привода; 16 — подводящая муфта привода; 17 — корпус стартера; 18 — якорь стартера; 19 — катушка возбуждения; 20 — коллектор; 21 — крышка стартера, закрывающая коллектор; 22 — защитный кожух

Якорь стартера 18 набран из пластин электротехнической стали, в которых выполнены пазы для укладки обмотки якоря. Концы обмоток выведены на коллектор 20. На заднем конце вала установлена обгонная муфта 14 с шестерней привода 13. Перемещение шестерни осуществляется при включении тягового реле рычагом 9 через пружину. Катушки возбуждения 19 крепятся к корпусу стартера.

Включение стартера — дистанционное с помощью электромагнитного реле. При включении стартера при замыкании основных контактов через щетки 1 на якорь 18 и на обмотку возбуждения подается постоянный ток, и стартер работает как двигатель постоянного тока.