Тема 14: Система пуску двигуна

Система пуску двигуна складається із стартерної аку­муляторної батареї, стартера, комутаційної апаратури і засобів полегшення пуску.

Стартер призначений для обертання колінчастого вала з певною (пусковою) частотою, за якої забезпечуються умови для запалювання й згоряння пального в циліндрах. У бензинових двигунах ця частота становить 40...50 об/хв, а в дизельних — 100...250 об/хв бо під час повільного обертання стискуване повітря не нагрівається до необхідної температури і пальне, вприснуте в камеру згоряння, не запалюється. Коли вал двигуна прокручується, стартер долає момент опору, що його створюють сили тертя та компресія, а також момент інерції обертових частин двигуна.

Момент опору залежить від навколишньої температури. Зміна тем­ператури впливає на фізико-хімічні властивості матеріалів (пально­го, масла, охолодної рідини). Найбільші труднощі має запуск двигуна при низьких температурах внаслідок підвищення в'язкості масла та пального, зниження його випаровування. Погіршення умов для запа­лювання та горіння паливно-повітряної суміші, а також характерис­тик системи запалювання зумовлено спадом напруги акумуляторної батареї під час її роботи в стартерному режимі. Потужність двигуна стартера визначається необхідним крутним моментом і мінімальною частотою обертання.

Складові, які визначають крутний момент залежать від літражу й конструкції двигуна, кількості циліндрів, ступеня стискання, в'яз­кості масла та частоти обертання.

Від стартера до колінчастого вала крутний момент передає шес­терня, перебуваючи в зачепленні із зубчастим вінцем маховика. Щоб збільшити крутний момент на колінчастому валу, слід застосовувати знижувальну передачу.

Стартер складається з електродвигуна постійного струму, ме­ханізмів приводу та керування. Конструкція електродвигунів майже однакова в усіх стартерах. Вона аналогічна конструкції автомобільного генератора, що наведений на рисунку 14.1 і складається з нерухомого статора (індуктора) з полюсами і ротора (якоря), що обертається в иідчипниках. На кінці якоря закріплений колектор — характерна деталь двигунів постійного струму, який відрізняється від генера­торів змінного струму. До мідних пластин колектора притискуються вугільно-графітні щітки, які підводять струм від акумуляторної бата­реї до обмоток якоря.

Принцип дії електродвигуна постійного струму грунтується на законах електромагнітної індукції й Ампера.

Магнітне поле електродвигуна створюється постійним струмом (струмом збудження) в обмотках полюсів або постійними магнітами в електродвигунах малої потужності. Його силові лінії замикаються через сталевий статор, осердя полюсів і осердя якоря, два рази пере­тинаючи на своєму шляху повітряний зазор між ними. Коли одночасно до обмотки збудження, що міститься в статорі, і до обмотки якоря підводиться постійний струм, відбувається взаємодія магнітного поля полюсів статора зі струмом обмотки якоря. Виникає крутний елект­ромагнітний момент, який і надає руху якорю електродвигуна.

Найчастіше застосовують електродвигуни послідовного та мішано­го збудження. Вада цих двигунів — значна частота обертання якоря в режимі холостого ходу, під час якого зростають відцентрові сили, що діють на якір, і він може зруйнуватися (рознестись). Щоб зменшити цю частоту, застосовують електродвигуни змішаного збудження, в яких одну обмотку збудження ввімкнено послідовно, а другу — паралельно.

Стартер (рис.14.1) складається з електродвигуна, механізму включення і тягового реле. Механізм включення служить для з'єднання валу якоря стартера з маховиком двигуна.

При включенні стартера поворотом ключа в замку запалення 5 струм через реле 4 подається від акумуляторної батареї на обмотку тягового реле 3. При цьому його сердечник переміщується магнітним полем, що утворилося, управо, замикаючи контакти 6 на обмотці 8 електродвигуна. Вал електродвигуна починає обертатися, одночасно сердечник тягового реле переміщає важіль 2 муфти, і її приводна шестерня 1 входить в зачеплення із зубчатим вінцем маховика 11. При цьому починають обертатися маховик і колінчастий вал двигуна.

Запуск справного двигуна відбувається протягом 2...5 із з моменту роботи стартера. Якщо двигун не запустився, повторно включати стартер можна лише через 30...40 с. Після чотирьох - п'яти невдалих спроб пуску слід припинити включення стартера і з'ясувати причину несправності двигуна. Включати стартер більш ніж на 10... 15 с не слід: несправний двигун запустити все одно не вдасться, а акумуляторна батарея під дією великих навантажень швидко розрядиться і прийде в непридатність.

Рисунок 14.1 – Схема роботи стартера (ввімкнуте положення).

1 - приводна шестерня; 2 - важіль; 3 - обмотка тягового реле; 4 - реле включення стартера; 5 - замок запалювання; 6 - рухомий контакт; 7 - рухомий сердечник; 8 - обмотка електродвигуна; 9 - вал; 10 - ротор; 11 - вінець маховика; АКБ - акумуляторна батарея.

Після запуску двигуна відпускають ключ в замку запалення, і він повертається в початкове положення. Електричний ланцюг стартера знеструмлюється і рухомий сердечник 7 разом з важелем 2 і шестернею 1 займають теж початкове положення.

Для пуску двигунів автомобілів ВАЗ застосовується стартер СТ-221 потужністю 1,3 кВт, з електромагнітним включенням шестірні приводу, з роликової обгінною муфтою і дистанційним керуванням. З 1986 р. на автомобілях установлюється взаємозамінний стартер 35.3708 із двох обмотковим тяговим реле і торцевим колектором.

Стартер СТ-221 являє собою чотирищітковий, чотириполюсний електродвигун постійного струму зі змішаним збудженням і складається з корпуса 41 з обмотками порушення, якоря з приводом, двох кришок 11 і 28 і тягового електромагнітного реле. Кришки і корпус стягнуті в єдине ціле двома шпильками, укрученими в кришку 11. Усередині стального корпусу закріплені гвинтами чотири полюси 40. На полюси надягнені котушки обмотки. Корпус разом з полюсами і котушками утворить статор стартера. Дві котушки обмотки статора є серієсними, тобто з'єднані з обмоткою якоря послідовно, а дві інші шунтовими, приєднаними паралельно обмотці якоря. Тому збудження стартера і називається змішаним. Воно забезпечує порівняно низьку частоту обертання якоря на холостому ходу без навантаження, що зменшує знос втулок підшипників вала якоря, полегшує умови роботи обгінної муфти і запобігає розносу якоря.

Якір стартера складається з вала 37, сердечника з обмоткою 42 з мідної стрічки і колектора 33, виконаного у вигляді пластмасової втулки з залитими в ній мідними пластинами. Вал якоря обертається в двох металокерамічних втулках 38, запресованих у кришки стартера і просочених маслом. Осьовий вільний хід вала якоря регулюється підбором шайб 54 і повинний бути в межах 0,07-0.7 мм (у стартера 35.3708 - не більш 0,5 мм). На передньому кінці вала якоря встановлений привід стартера, що складається з роликової обгінної муфти і шестірні 1. Призначення обгінної муфти – передавати крутний момент від вала якоря стартера до вінця маховика при пуску двигуна, а після пуску, працюючи в режимі обгону, не допускати передачі крутного моменту від маховика на якір. Інакше може відбутися викид обмотки якоря з пазів сердечника через "рознос" - надмірно високої частоти обертання якоря маховиком працюючого двигуна. Обгінна муфта складається з зовнішнього кільця 5 з роликами 3 і внутрішнього кільця, об'єднаного із шестірнею 1 приводу. Зовнішнє кільце має три пази з отворами, у яких знаходяться сталеві ролики с пружинами, плунжерами і напрямними стержнями. Пази для роликів - з перемінною шириною. У широкій частині паза ролики можуть вільно обертатися, а у вузькій - заклинюються між зовнішнім і внутрішнім кільцями.

Рисунок 14.2 – Будова і принцип дії стартера СТ.-221

1. Шестірня приводу;

2. Упорне півкільце обгінної муфти;

3. Ролик обгінної муфти;

4. Центрувальне кільце обгінної муфти;

5. Зовнішнє кільце обгінної муфти;

6. Кожух обгінної муфти;

7. Вісь важеля приводу включення шестірні стартера;

8. Ущільнювальна заглушка кришки стартера;

9. Важіль приводу включення шестірні стартера;

10. Тяга якоря реле;

11. Кришка стартера з боку приводу;

12. Поворотна пружина якоря реле;

13. Якір реле стартера;

14. Ковзна втулка;

15. Передній фланець реле;

16. Обмотка реле;

17. Стрижень якоря;

18. Ковзна втулка стержня якоря;

19. Сердечник реле;

20. Фланець сердечника;

21. Щока каркаса обмотки реле;

22. Пружина стержня якоря;

23. Стяжний болт реле стартера;

24. Контактна пластина;

25. Верхній контактний болт;

26. Кришка реле;

27. Нижній контактний болт;

28. Кришка стартера з боку колектора;

29. Внутрішня ізолююча пластина позитивного щіткотримача;

30. Гальмовий диск кришки;

31. Гальмовий диск вала якоря;

32. Клема щітки стартера;

33. Колектор;

34. Пружина щітки:

35. Щіткотримач;

36. Щітка стартера;

37. Вал якоря;

38. Втулка кришки стартера;

39. Шунтова котушка обмотки статора;

40. Полюс статора;

41. Корпус стартера:

42. Обмотка якоря;

43. Обмежник ходу вимикання шестірні:

44. Обмежувальний диск ходу шестірні;

45. Повідкове кільце;

46. Центрувальний диск;

47. Маточина обгінної муфти;

48. Буферна пружина;

49. Вкладиш маточини обгінної муфти;

50. Втулка шестірні приводу;

51. Обмежувальне кільце ходу шестірні;

52. Стопорне кільце;

53. Упорна шайба вала якоря;

54. Регулювальна шайба осьового вільного ходу;

І.Схема роботи обгінної муфти;

ІІ. Схема включення стартера.

Електромагнітне тягове реле стартера служить для введення шестірні приводу в зачеплення з вінцем маховика і для замикання ланцюга живлення обмоток якоря і статора. Магнітну систему реле утворять фланці 15 і 20, ярмо (оточуюче обмотку) і сердечник 19, запресований у фланець 20. На каркасі з латунної трубки і пластмасових щік намотана котушка реле. На стартерах випуску 1981 р. є дві обмотки: утримуюча і втягуюча. Обидві обмотки намотані в одну сторону. Початку обмоток припаяні до штекера "50". Кінець утримуючої обмотки приварений до фланця 20 реле (тобто з'єднаний з "масою"), а кінець втягуючої обмотки, з'єднаний с нижнім контактним болтом 27 реле.

Стартер 35.3708 відрізняється від стартера СТ-221 використанням торцевого колектора й обмотками статора. Торцевий колектор виконаний у виді пластмасового диска з залитими в ньому мідними пластинами. Такий колектор сприяє більш стабільній і тривалій роботі щіткового контакту, зменшується витрата міді, і знижується маса стартера. Обмотка статора складається з трьох серієсних і одної шунтової котушки, що дозволило збільшити крутний момент якоря. В іншому конструкція стартера 35.3708 така ж, як у стартера СТ-221.

Робота стартера. При повороті ключа в положення ІІ ("Стартер") замикаються контакти "30" і "50" вимикача запалювання, і через обмотки тягового реле починає протікати струм. Під дією цього струму виникає магнітне зусилля близько 10-12 кгс, що втягує якір реле до контакту із сердечником 19. При цьому контактна пластина замикає контакти 25 і 27. У стартера з двохобмотковим тяговим реле при замиканні контактних болтів втягувальна обмотка знеструмлюється, тому що обоє її кінця робляться з’єднаними з "плюсом" акумуляторної батареї. Оскільки якір уже втягнутий у реле, то для утримання якоря в цьому положенні потрібно порівняно невеликий магнітний потік, що і забезпечує одна утримуюча обмотка. Пересуваючись, якір реле через важіль 9 переміщує обгінну муфту із шестірнею. Маточина обгінної муфти, провертаючи на гвинтових шліцах вала якоря стартера, повертає також і шестірню 1, що полегшує її введення в зачеплення з вінцем маховика. Крім того, фаски на бічних кромках зубів шестірні та вінця маховика, а також буферна пружина, що передає зусилля від важеля 9 маточині 47 муфти, полегшують уведення шестірні в зачеплення і зм'якшують удар шестірні у вінець маховика. Через замкнуті контакти реле йде струм живлення статора і якоря. Якір стартера починає обертатися разом з маточиною 47 і зовнішнім кільцем обгінної муфти. Оскільки ролики муфти зміщені пружинами у вузьку частину паза зовнішнього кільця, а шестірня гальмується вінцем маховика, те ролики заклинюються між кільцями обгінної муфти, і момент, що крутить, від вала якоря передається через муфту і шестірню до вінця маховика. Після пуску двигуна частота обертання шестірні починає перевищувати частоту обертання якоря стартера. Внутрішнє кільце обгінної муфти (з’єднане із шестірнею) захоплює ролики в широку частина паза зовнішнього кільця 5, стискаючи пружини плунжерів. У цій частині паза ролики вільно обертаються, не заклинюючи, і крутний момент від маховика двигуна не передається на вал якоря стартера. Після повернення ключа в положення І ("Запалювання") ланцюг живлення обмоток тягового реле розмикається. Якір реле під дією пружини 12 повертається у вихідне положення, розмикаючи контакти 25 і 27 і повертаючи обгінну муфту із шестірнею у вихідне положення. Пружина 12 через важіль, диск 44 і обмежник 43 давить на якір убік кришки 28. Сталевий гальмівний диск 31 вала якоря упирається в гальмівний диск 30 кришки, і якір швидко припиняє обертання. У стартера 35.3708 гальмування якоря проходить за рахунок тертя щіток об колектор.

Для запуску двигуна ВАЗ-2108 застосовується стартер типу 29.3708. Він провертає колінчастий вал шестернею за зубчатий вінець маховика. Потужність стартера складає 1,3 кВт при споживаній силі струму 260 А.

Стартер(рис. 14.3) являє собою чотириполюсний електродвигун постійного струму із змішаним збудженням, з дистанційним електромагнітним включенням і роликовою муфтою вільного ходу. Він складається з наступних основних частин: корпуса 29, якоря з муфтою вільного ходу і шестернею 2 привода, двох кришок 7 і 24 і тягового реле 10. Корпус і кришки з'єднані разом двома стягнутими болтами. Всередині сталевого корпусу 29 закріплені гвинтами чотири сталевих полюси 28 з котушками обмотки збудження. Корпус разом з полюсами і обмоткою є статором стартера. Три котушки обмотки (серієсниє) сполучені з обмоткою якоря послідовно, а одна (шунтова) паралельно. Тому збудження стартера і називається змішаним. Воно дозволяє отримати що великий крутитний момент в загальмованому стані і порівняно низьку частоту обертання якоря на холостому ходу, що зменшує знос втулок підшипників і полегшує умови роботи муфти вільного ходу.

Між полюсами статора обертається якір, зібраний на валу 1. Сердечник 26 якорі набраний з пластин електротехнічній сталі, напресованих на середню частину валу. По колу сердечника є подовжні пази, ізольовані картоном, в яких знаходиться обмотка 25 якорі, виконана мідною стрічкою. Кінці обмотки припаяні до пластин колектора і для більшої надійності зачеканені. Вал якоря обертається в двох металокерамічних втулках. Задня втулка 21 запресована в кришці 24, а передня розташована в картері зчеплення і передній кінець валу якоря входить в неї при установці стартера в гніздо картера зчеплення.

Рисунок 14.3 – Стартер 29.3708

1. Вал якоря:

2. Шестерня приводу;

3. Втулка шестерні;

4. Ролик муфти вільного ходу;

5. Кожух муфти:

6. Вісь важеля приводу шестерні;

7. Кришка стартера з боку приводу;

8. Важіль приводу шестерні;

9. Якір тягового реле;

10. Корпус тягового реле;

11. Втягуюча обмотка тягового реле;

12. Утримуюча обмотка тягового реле;

13. Шток тягового реле;

14. Сердечник тягового реле;

15. Контактна пластина;

16. Кришка тягового реле;

17. Контактні болти;

18. Торцевий колектор;

19. Щітка;

20. Пружина щітки;

21. Втулка кришки стартера;

22. Кожух;

23. Стяжний болт;

24. Кришка стартера з боку колектора;

25. Обмотка якоря;

26. Сердечник якоря;

27. Обмотка статора:

28. Полюс статора;

29. Корпус стартера;

30. Обмежувальний диск:

31. Повідкове кільце:

32. Центруючий диск:

33. Буферна пружина;

34. Зовнішнє кільце муфти вільного ходу;

35. Маточина муфти вільного ходу;

36. Обмежувальне кільце ходу шестерні;

37. Направляючий стержень;

38. Плунжер;

39. Стартер;

40. Допоміжне реле включення стартера;

41. Монтажний блок;

42. Вимикач запалення:

43. Генератор;

44. Акумуляторна батарея:

І.Схема роботи обгінної муфти

Особливістю стартера 29.3708 є торцевий колектор 18, напресованний на задню частину валу якоря. Застосування його дозволило зменшити довжину і "масу" стартера. Крім того, торцевий колектор сприяє стабільнішій і тривалішій роботі щіткового контакту. Колектор виконаний у вигляді: пластмассового диска із залитими в нім мідними пластінами.

На передньому кінці валу якоря розташована муфта вільного ходу з шестернею 2 привода. При пуску двигуна муфта передає крутний момент від валу якоря на шестерню, а після пуску роз'єднує шестерню і вал якоря, і тому обертання маховика на вал не передається. У результаті якір захищається від "рознесення" - пошкодження відцентровими силами через надмірну частоту обертання. Муфта складається із зовнішнього кільця 34 приклепаного до маточини 35. і внутрішнього кільця, що становить одне ціле з шестернею 2. У пазах зовнішнього кільця знаходяться ролики 4 з пружинами, плунжерами 38 і направляючими стержнями 37. Всі вони разом із зовнішнім кільцем і двома упорними півкільцями завальцовані в сталевому кожусі 5. Пази зовнішнього кільця мають змінну ширину. У широкій частині паза ролики можуть вільно обертатися, а у вузькій частині заклинюються між зовнішнім і внутрішнім кільцями муфти.

Тягове реле прикріплене до кришки 7. З його допомогою дистанційно управляють включенням стартера. Реле замикає ланцюг живлення обмоток якоря і статора, а також через важіль 8 вводить шестерню 2 в зачеплення з вінцем маховика. Реле двохобмоткове, має втягувальну 11 і утримувальну 12 обмотки, намотані в один бік. Початки обмоток припаяні до штекера "50" на кришці реле. Кінець утримувальної обмотки приварений до фланця реле (тобто сполучений з "масою"), а кінець втягувальної сполучений з нижнім контактним болтом реле.

Робота стартера. Стартер включається з допомогою допоміжного реле типу 111.3747-10 встановленого в моторному відсіку. При повороті ключа в положення ІІ ("Стартер") замикаються контакти "30" і "50" вимикача запалювання, і подається напруга на обмотку допоміжного реле 40. Воно спрацьовує, і через його замкнуті контакти йде струм в обмотки тягового реле стартера. Під дією цього струму виникає магнітне зусилля (близько 10-12 кгс), що втягує якір 9 до зіткнення з сердечником 14. Якір втягується і штовхає шток 13 з контактною пластиною 15, яка замикає контактні болти 17. Розміри штока підібрані так, що замикання контактних болтів відбувається ще до зіткнення якоря з сердечником, і при подальшому ході якоря стискається пружина контактної пластини, сильніше притискуючи її до контактним болтів. Одночасно якір реле важелем 8 пересуває вперед муфту вільного ходу з шестернею 2 і вводить її в зачеплення з вінцем маховика. При замиканні контактних болтів втягувальна обмотка реле знеструмлюється, оскільки обидва її кінця виявляються сполученими з "плюсом" акумуляторної батареї 44. Але оскільки якір реле вже втягнутий, то для його утримання в цьому положенні потрібний порівняно невеликою магнітний потік, який забезпечується одній утримуючою обмоткою 12. Через замкнуті контакти тягового реле йде струм, що живить обмотки статора і якоря. Якір стартера починає обертатися, і його обертання через гвинтові шліци передається маточині 35 і зв'язаному з нею зовнішньому кільцю 34 муфти. Оскільки ролики 4 зміщені пружинами у вузьку частину паза зовнішнього кільця, то вони заклинюються між зовнішнім і внутрішним кільцями муфти. Крутний момент від валу якоря передається через муфту і шестерню до вінця маховика. Після пуску двигуна маховик починає обертати шестерню стартера, і частота обертання шестерні починає перевищувати частоту обертання якоря стартера. Внутрішнє кільце муфти (об'єднане з шестернею) захоплює ролики в широку частину паза зовнішнього кільця 34, стискаючи пружини плунжерів 38. У цій частині паза ролики вільно обертаються, не заклинюючись, і крутний момент від маховика двигуна не передається на вал якоря стартера. При виключенні стартера контакти допоміжного реле розмикаються, і струм живлення обмоток стартера йде по наступному шляху: "плюс" акумуляторної батареї замкнуті контакти тягового реле, втягувальна, а потім утримувальна 12 обмотки тягового реле "маса". Оскільки напрям струму у витках обмоток протилежний, то магнітні потоки, що створюються обмотками, компенсують один одного, і сердечник реле розмагнічується. Якір реле пружинами відтискається в початкове положення, і контакти реле розмикаються, відключаючи живлення обмоток якоря і статора стартера. Одночасно якір тягового реле важелем 8 пересуває муфту вільного ходу назад і виводить шестерню із зачеплення з вінцем маховика. Якір стартера гальмується силами тертя щіток об колектор, і він швидко зупиняється.

Поиск по сайту: