Просмотров: 46

Система запуска двигателя, как следует из названия, предназначена для запуска двигателя автомобиля. Система обеспечивает вращение коленчатого вала двигателя со скоростью, при которой происходит его запуск. Пусковая частота вращения коленчатого вала дизельного двигателя составляет 200…250 об/мин в связи с тем, что для пуска необходимо создать высокую температуру воздуха в конце такта сжатия и обеспечить хорошее качество смесеобразования. У бензиновых двигателей пусковая частота должна быть 40 … 60 об / мин, чтобы обеспечить подачу топлива и необходимое разрежение во впускном трубопроводе,

На современных автомобилях наибольшее распространение получила стартерная система запуска. Система запуска двигателя входит в состав электрооборудования автомобиля. Питание системы осуществляется постоянным током от аккумуляторной батареи.

Система запуска включает следующие компоненты:

  • стартер с тяговым реле и механизмом привода;
  • замок зажигания;
  • комплект соединительных проводов.

Стартер создает необходимый крутящий момент для вращения коленчатого вала двигателя (рис. 10.19). Он представляет собой электродвигатель постоянного тока. Конструктивно стартер состоит из статора (корпуса) 22, ротора (якоря) 24, щеток 17 со щеткодержателем, тягового реле с втягивающей 10 и удерживающей 11 обмотками, а также механизма привода с шестерней 4 и обгонной муфтой 5.

image_2bb2243d3c6748d4acfecb09c9ee5098

Рис. 10.19. Устройство автомобильного стартера
1 – крышка со стороны привода; 2 – стопорное кольцо; 3 – ограничительное кольцо; 4 – шестерня привода; 5 – обгонная муфта; 6 – поводковое кольцо; 7 – резиновая заглушка; 8 – рычаг привода; 9 – якорь реле; 10 – удерживающая обмотка тягового реле;11 – втягивающая обмотка тягового реле; 12 – стяжной болт реле; 13 – контактная пластина; 14 – крышка реле; 15 – контактные болты; 16 – коллектор; 17 – щетка; 18 – втулка вала якоря; 19 – крышка со стороны коллектора; 20 – кожух; 21 – шунтовая катушка обмотки статора; 22 – корпус с полюсными башмаками; 23 – винт крепления полюса статора; 24 – якорь; 25 – обмотка якоря; 26 – промежуточное кольцо

Тяговое реле, состоящее из втягивающей 11 и удерживающей 10 обмоток, якоря 9, контактной пластины 13, обеспечивает питание обмоток стартера и работу механизма привода. Внешнее подключение к тяговому реле осуществляется через контактные болты 15.

Механизм привода предназначен для механической передачи крутящего момента от стартера на коленчатый вал двигателя. Конструктивными элементами механизма являются: рычаг привода (вилка) 8 с поводковым кольцом 6 и демпферной пружиной, муфта свободного хода (обгонная муфта) 5, шестерня привода 4.

Система запуска, устанавливаемая на бензиновые и дизельные двигатели, имеет аналогичную конструкцию. Для облегчения запуска дизельных двигателей в холодное время система запуска может оборудоваться свечами накаливания, которые подогревают воздух во впускном коллекторе. С этой же целью на автомобилях применяются системы предпускового подогрева.

Дальнейшим развитием системы запуска двигателя являются:

  • система автоматического запуска двигателя;
  • система интеллектуального доступа в машину и запуска двигателя;
  • система Стоп-Старт;
  • система запуска SISS.

Принцип действия стартера. При повороте ключа в замке зажигания 27 ток от аккумуляторной батареи поступает на вспомогательное реле 28, назначение которого предохранить контакты замка зажигания от прохождения тока большой силы и подгорания контактов замка, затем на контакты тягового реле (рис. 10.20). При протекании тока по обмоткам 10 и 11 тягового реле происходит втягивание якоря 9. Якорь тягового реле перемещает рычаг механизма привода 8 и обеспечивает зацепление шестерни привода 4 с зубчатым венцом маховика. После втягивания якоря втягивающая обмотка выключается для снижения потребления электроэнергии.

image_867708dbc6e5421d8f8df046415ba2c4

Рис. 10.20. Схема автомобильного стартера (позиции соответствуют рис. 10.19)
4 – шестерня привода; 5 – обгонная муфта; 8 – рычаг привода; 9 – якорь реле; 10 – удерживающая обмотка тягового реле;11 – втягивающая обмотка тягового реле; 13 – контактная пластина; 15 – контактные болты; 16 – коллектор; 17 – щетка; 21 – шунтовая катушка обмотки статора; 22 – корпус с полюсными башмаками; 24 – якорь; 25 – обмотка якоря; 27 – замок зажигания; 28 – вспомогательное реле; 29 – АКБ

При движении якорь также замыкает контакты болтов 15, при котором происходит питание током удерживающей обмотки 10, обмоток статора и якоря. Ток от АКБ 29 поступает напрямую через контактную пластину 13 на шунтовую обмотку 21, намотанную на полюсные башмаки корпуса 22. От обмотки 21 ток поступает на щетки 17, от них на коллектор 16 и далее на обмотку якоря 25. В результате взаимодействия возникающих магнитных полей якоря и статора вал якоря начинает вращаться, поворачивая шестерню привода 4. Шестерня привода 4 входит в зацепление с венчиком маховика, который поворачивает коленчатый вал, тот, свою очередь через коленчатый вал, соединенный с маховиком приводит в движение поршни и двигатель запускается. Для того, чтобы шестерня привода точно вошла в зацепление с венчиком маховика, вал стартера, который приводит во вращение шестерню привода, выполняют со спиральными шлицами (см. рис. 10.19). Если зубья шестерни не точно входят в зацепление с зубчатым венчиком, шестерня проворачивается на шлицах вала до полного зацепления с венчиком.

Как только происходит запуск двигателя, частота вращения коленчатого вала резко возрастает, что может привести к выбросу обмоток якоря под действием большой центробежной силы и поломке стартера. Для предотвращения поломки срабатывает обгонная муфта, которая отсоединяет стартер от двигателя.

Наибольшее распространение получили бесшумные в рабо­те и технологичные роликовые муфты свободного хода, способные при небольших размерах передавать большие крутящие моменты. Роликовые муфты малочувст­вительны к загрязнению, не требуют ухода и регулирования в эксплуатации.

При включении стартера наружная ведущая обойма 2 (рис. 10.21) муфты свободного хода вместе с якорем поворачивается относитель­но неподвижной еще ведомой обоймы 5. Ролики 4 под действием прижимных пружин 6 и сил трения между обоймами и роликами перемещаются в узкую часть клиновидного пространства, и муфта заклинивается. Вращение от вала якоря наружной ведущей обойме 2 муфты передается шлицевой втулкой. После пус­ка двигателя частота вращения ведомой обоймы 5 с шестерней превышает ча­стоту вращения ведущей обоймы2, ролики переходят в широкую часть клино­видного пространства между обоймами, поэтому вращение от венца маховика к якорю стартера не передается (муфта проскальзывает). При этом вал стартера может продолжать вращаться.

При обратном повороте ключа в замке зажигания стартер останавливается. Возвратная пружина тягового реле перемещает якорь, который в свою очередь возвращает механизм привода в исходное положение.

image_38a6f152f167407f9fc794db4cec2c63

Рис. 10.21. Обгонная муфта роликового типа:
1 – шестерня привода; 2 – наружная ведущая обойма муфты; 3 – выемки роликов; 4 – ролик; 5 – ведомая обойма с шестерней привода; 6 – пружина; а – направление вращения

Стартер с цилиндрическим редуктором. В целях снижения общей массы и уменьшения расход такого дорогостоящего материала как медь, началось применение стартеров с понижающими редукторами.

Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных типа: цилиндрический с внешним зацеплением, цилиндрический с внутренним зацеплением и плане­тарный. Редукторы выполняются одноступенчатыми с прямозубы­ми шестернями.

Конструкция стартеров с цилиндрическими редукторами с внеш­ним зацеплением представлена на рис.10.22. Редуктор расположен в корпусе 23. Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостаткам относится увеличение высоты стартера по сравнению со стартерами без редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигателя и привода на 30…50 мм. Появление ради­альной нагрузки на якорь электродвигателя требует применения подшипников качения.

В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внут­реннее зацепление, смещение осей электродвигателя и привода меньше, что облегчает компоновку стартера на двигателе. Недос­татки – повышенная сложность изготовления зубчатых колес, на­личие радиальной нагрузки на вал электродвигателя.

image_529c017e07ca49ecbd4a6b3e3b8b9854

Рис.10.22. Стартер со встроенным цилиндрическим редуктором с внешним зацеплением:

1, 14 – пружинные шайбы; 2 – стяжной болт; 3– крышка со стороны коллек­тора; 4, 15 – гайки; 5 – стопорная шайба; 6, 25 – подшипники; 7– якорь в сборе; 8– корпус; 9– перемычка; 10 – гайка контактного болта тягового ре­ле; 11 – тяговое реле; 12 – шайба; 13, 22, 27, 30– уплотнительные кольца; 16 – рычаг в сборе; 17– ось рычага; 18 – шестерня привода; 19 – упорная шайба; 20 – регулировочная шайба; 21,26 – винты; 23 – корпус редуктора в сборе; 24 – кольцо; 28 – регулировочная прокладка; 29 – крышка подшипника

Стартер с планетарным редуктором. Работы в области совершенствования электродвигателей позволили соз­дать простую и достаточно легкую конструкцию стартера с возбуждением постоянными магнитами и с понижаю­щей передачей.

На рис. 10.23 показан якорь и понижающая передача стартера Вosсh DW. Понижающая передача представляет собой планетарный ряд, солнечная (центральная) шестерня которого закреплена на валу якоря, а выходная мощность снимается с водила, на осях которого установлены вращающиеся сателлиты. Шестерни планетарной передачи с наружными зубьями изготовлены из стали, а эпициклическая шестерня (с внутренними зубьями) — полиамидного компаунда с минеральными добавками или методом порошковой металлургии для повышения износостойкости.

image_2b42e1640360407bb03b38056198ed49

Рис. 10.23. Стартерный электродвигатель с планетарной понижающей передачей:
1 – вал водила планетарной передачи с косыми шлицами; 2 – эпицикл планетарной передачи; 3 – сателлиты; 4 – солнечная шестерня, закрепленная на валу; 5 – якорь; 6 – коллектор

На рис. 10.24 показано схематичное исполнение стартера.

image_14172554befd49fdac726d7bb1969297

Рис. 10.24. Схема стартера Вosсh DW с постоянными магнитами и понижающей передачей:
1 – шестерня; 2 – венец маховика; 3 – обгонная муфта; 4 – управляющий рычаг; 5 – планетарная передача; 6 – постоянный магнит; 7 – якорь; 8 – коллектор с графитовыми щетками; 9 – электромагнитный привод с втягивающей и удерживающими обмотками; 10 – включатель стартера; 11 – аккумулятор

Сателлиты, прессованные из порошка, вращаются на осях в подшипниках скольжения или игольчатых подшипниках. Последние предпочтительнее, так как обеспечивают больший КПД редуктора. Ось сателлита одновременно является внутренней обоймой игольчатого подшипника. Это предъявляет высокие требования к материалу и точности осей. Центральное зубчатое колесо выполняется как одно целое с валом якоря или может быть съемным. Для получения минимальных ме­ханических потерь и обеспечения высокого срока службы предъяв­ляются повышенные требования к точности изготовления зубчатых колес и других деталей редуктора. С той же целью применяют высококачественные смазочные материалы. Передаточное отноше­ние редуктора обычно составляет 3…5.

Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенно­сти. Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим веро­ятность его разноса. В связи с повышенной частотой вращения якорь обязательно подвергается динамической балансировке. Для снижения потерь на гистерезис и вихревые токи пакет якоря соби­рают из пластин тонколистовой (толщина 0,5 мм) электротехниче­ской стали.

В связи с уменьшенной металлоемкостью и повышенной удель­ной мощностью стартеры с редуктором обладают большей тепло­вой напряженностью по сравнению со стартерами без редуктора.

Наиболее ответственным в стартерах с редуктором является щеточно-коллекторный узел. Плотность тока под щетками в режи­ме максимальной мощности в 1,5…2,5 раза превышает плотность тока у обычных стартеров. В таких условиях требуется применение специальных щеток, имеющих на сбегающем крае повышенное содержание графита. Это увеличивает сопротивление коммути­руемой цепи, улучшает коммутацию. Кроме того, применяется сдвиг щеток против направления вращения на 0,3…0,5 коллектор­ного деления. В итоге обеспечивается снижение интенсивности изнашивания щеток и коллектора до уровня стартеров без редук­торов.

В качестве магнитов используются постоянные магниты из феррита стронция, которые имеют повышенную коэрцитивную силу по сравнению с магнитами из феррита бария. Повышенная коэрцитивная сила увеличивает стойкость магнитов против раз­магничивания реакцией якоря в момент включения стартера, когда действует ток короткого замыкания. Для повышения стойкости к размагничиванию применяют специальную обработку сбегающего участка магнита, приводящую к дополнительному местному повы­шению коэрцитивной силы, а также увеличивают число полюсов.

Такой стартер на 40% легче стартера обычного исполнения и рассчитан на применение с двигателями рабочим объемом до 5 литров.