Встроенный редуктор
Масса
и габариты стартера уменьшаются, если
пусковая мощность реализуется при
повышенной частоте вращения, но пониженном
крутящем моменте якоря (
).
Поскольку объем электродвигателя
стартера пропорционален развиваемому
моменту, т.е. чем выше момент электродвигателя
и, соответственно, при той же мощности
ниже обороты, тем большегабариты
электродвигателя. Снизить требуемый
развиваемый электродвигателем стартера
момент для проворачивания коленвала
ДВС нужно увеличить общее передаточное
отношение кинематической цепи между
коленвалом ДВС и якорем стартера.
Возможности увеличения передаточного
отношения между якорем стартера и
маховиком ДВС ограничены, так как нельзя
увеличить число зубьев на венце маховика
иди уменьшить его на шестерне стартера,
то приращение общего передаточного
отношения достигается встраиванием
дополнительной понижающей передаточной
ступени в стартере (встроенный редуктор).
Передаточное отношение редуктора должно выбираться, с одной стороны, по возможности наибольшим, чтобы обеспечить значительную экономию материалов. С другой стороны, существуют физические пределы по механической, термической и электромагнитной нагрузкам. При современной технологии оптимальными считаются передаточные отношения от 4 до 5 для небольших и от 3 до 4 для более крупных стартеров.
Система зажигания
Для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания необходимо воспламенить топливо–воздушную смесь в его цилиндрах в строго определенный момент времени. Воспламенение топливо–воздушной смеси осуществляется путем создания в определенном месте камеры сгорания области высокой температуры, вызывающей неуправляемую реакцию горения горючей смеси. Совокупность устройств, осуществляющих воспламенение топливо–воздушной смеси, называют системой зажигания. Наибольшее распространение получили системы зажигания, в основе работы которых заложено создание плазменного шнура высокой температуры путем электрического пробоя искрового промежутка специального разрядника, называемого свечой зажигания.
В первые двадцать лет ХХ века двигатели автомобилей для целей зажигания обычно оснащались магнето. Магнето – это генератор высокого напряжения, который приводится от двигателя и не требует аккумулятора. В настоящее время такое зажигание сохранилось на мотоциклах и авиационных двигателях. В 1908 году К. Ф. Кеттерингом впервые была запатентована катушечная система зажигания, которая, будучи более прогрессивной, вытеснила с автомобилей систему зажигания с магнето.
Требования к зажиганию
Система зажигания (СЗ) предназначена для надежного и своевременного воспламенения топливо–воздушной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания импульсами высокого напряжения, распределяя их по свечам цилиндров в соответствии с фазой работы двигателя. Момент искрообразования, вызванный импульсами высокого напряжения, должен также зависеть от режима работы двигателя (частоты вращения и нагрузкой). В современных системах зажигания на момент искрообразования может влиять температура двигателя (холодный, горячий пуск), состав выхлопных газов (наличие окиси углерода) и другие факторы.
Источником высокого напряжения служит катушка зажигания, потребляя ток низкого напряжения аккумуляторной батареи, она преобразует его в ток высокого напряжения (12 30 кВ).
Искровой разряд, образующийся между электродами свечи зажигания, должен обладать необходимой энергией и длительностью, обеспечивающей надежное воспламенение топливо–воздушной смеси на всех режимах работы двигателя.
Напряжение, при котором происходит искровой разряд между электродами свечи зажигания, называют пробивным. Оно зависит от зазора между электродами свечи, давления топливо–воздушной смеси (степени сжатия) и температуры газов. Пробивное напряжение увеличивается с повышением степени сжатия и расстояния между электродами и снижается с повышением температуры топливо–воздушной смеси. Для степени сжатия = 7 – 7,5 при пуске необходимо напряжение пробоя Uпр равное 16 – 18 кВ, а на установившемся рабочем режиме 12 – 14 кВ. Для = 8,5 – 10 необходимо соответственно 18 – 20 кВ и 13 – 15 кВ. Система зажигания должна развивать рабочее напряжение, превышающее пробивное не менее чем в 1,5 раза. Необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации напряжение пробоя увеличивается за счет округления кромок электродов свечи зажигания и увеличения зазора между ними.
Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме рабочей смеси первых активных центров, от которых начинается развитие химической реакции окисления топлива. Воспламенение топливо–воздушной смеси является началом бурной реакции окисления топлива, сопровождающейся выделением тепла.
От мощности искры и момента зажигания топливо–воздушной смеси в значительной степени зависит экономичность и устойчивость работы автомобильного двигателя, а также токсичность отработавших газов. На прогретом двигателе к моменту искрообразования топливо–воздушная смесь сжата и имеет температуру, близкую к температуре самовоспламенения. В этом случае достаточно незначительной энергии электрического разряда, порядка 1 – 5 мДж. Однако при пуске холодного двигателя, работе на обедненных смесях (коэффициент избытка воздуха = 1,1 – 1,2) при частичном открытии дроссельной заслонки, работе на холостом ходу, работе при резких открытиях дроссельной заслонки, требуется значительная энергия искры, порядка 30 – 100 мДж, и она должна иметь продолжительность 2 – 4 мс, чтобы обеспечить устойчивый разряд при зазоре в свече зажигания 0,6 – 1,1 мм.
Для повышения мощности, экономичности и уменьшения токсичности двигателя система зажигания должна автоматически устанавливать оптимальный угол опережения зажигания (изменять установочный угол) в зависимости от различных скоростных и нагрузочных режимов работы двигателя и других параметров (состава и температуры топливо–воздушной смеси и двигателя, состава выпускных газов, а также на режимах пуска, разгона и торможения двигателем).
Момент зажигания характеризуется углом поворота коленчатого вала двигателя, отсчитываемый от положения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень проходит верхнюю мертвую точку.
Момент зажигания топливо–воздушной смеси должен выбираться с таким расчетом, чтобы смесь, сгорая, развивала максимальное давление сразу после прохода поршнем верхней мертвой точки. Топливо–воздушная смесь сгорает в течение определенного времени. Сразу после электрического разряда происходит скрытый период горения, в течение которого давление в цилиндре, обуславливаемое горением, еще не повышается. Затем следует период видимого горения, при котором фронт пламени распространяется со скоростью 20 40 м/с и резко повышается давление газов.
Угол, между положениями коленчатого вала двигателя в момент искрообразования и в момент прохода поршнем верхней мертвой точки, называют углом опережения зажигания.
От мощности искры в момент зажигания топливо–воздушной смеси в значительной степени зависит экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов.
Таким образом, исходя из условий работы двигателя внутреннего сгорания, к системам зажигания предъявляют следующие требования:
система зажигания должна развивать напряжения, достаточные для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя;
искра, образующаяся между электродами свечи зажигания, должна обладать достаточной энергией и продолжительностью для воспламенения топливо–воздушной смеси при всех возможных режимах работы двигателя;
момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать условиям работы двигателя;
работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках, которые имеют место на двигателе внутреннего сгорания.
Одним из важных требований эксплуатации к системам зажигания является сохранение ее исходных характеристик без изменений в течение всего срока службы двигателя при минимуме ухода.