Учеба АСБ 2 курс / Лабораторная работа 14 «Система запуска двигателя»
.docФедеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Наземные транспортно-технологические комплексы»
Лабораторная работа № 14
«Система запуска двигателя»
дисциплина
«Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Выполнил
Студент группы АСБ-016
Федотов Георгий
Санкт-Петербург
2021
Цель работы: Изучить системы пуска автомобильных двигателей, их работу, устройство и работу стартера.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1. Изучить общие теоретические сведения
2. Изучить схемы системы пуска двигателя
3. Изучить работу системы запуска двигателя
4. Изучить устройство и принцип работы стартера автомобиля
5. Нависание выводов по работе
1. Общие теоретические сведения
Система запуска двигателя автомобиля, предназначена для автоматического дистанционного запуска двигателя. Система обеспечивает вращение двигателя со скоростью, при которой происходит его запуск.
Чтобы пустить двигатель внутреннего сгорания, вращение коленчатого вала необходимо довести до некоторой частоты, обеспечивающей смесеобразование, заполнение цилиндров свежим зарядом, сжатие и воспламенение смеси. При температуре воздуха выше 0 °С эта частота вращения для карбюраторных двигателей должна быть не менее 40…50 мин-1 а для дизелей - не менее 150…250 мин-1.
Пуск дизеля вспомогательным бензиновым двигателем используют на некоторых тракторных дизелях. Для облегчения пуска дизеля жидкостные системы охлаждения пускового двигателя и дизеля взаимосвязаны, благодаря чему обеспечивается прогрев дизеля. Система пуска дизелей с помощью двигателя надежна в любых температурных условиях, но обслуживание ее и операции при пуске сложнее, чем в случае пуска электрическим стартером.
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 стартер с тяговым реле и механизмом привода, замок зажигания и комплект соединительных проводов.
Электрический стартер предназначен для пуска, как карбюраторных двигателей, так и дизелей.
2. Схемы системы пуска двигателя
Схема системы пуска двигателя представлена на рис. 1
Рис. 1. Схема системы пуска двигателя: схема электрической цепи стартера 1 - аккумуляторная батарея; 2 - предохранитель; 3 - замок зажигания; 4 - реле стартера
Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока с механизмом привода и включателем. Стартеры выпускают с механическим и электромагнитным включением шестерни привода. Наиболее распространено электромагнитное включение.
Стартер создает необходимый крутящий момент для вращения коленчатого вала двигателя. Он представляет собой электродвигатель постоянного тока. Конструктивно стартер состоит из статора (корпуса), ротора (якоря), щеток со щеткодержателем, тягового реле и механизма привода.
Тяговое реле обеспечивает питание обмоток стартера и работу механизма привода. Для выполнения своих функций тяговое реле имеет обмотку, якорь и контактную пластину. Внешнее подключение к тяговому реле осуществляется через контактные болты.
Механизм привода предназначен для механической передачи крутящего момента от стартера на коленчатый вал двигателя. Конструктивными элементами механизма являются: рычаг привода (вилка) с поводковой муфтой и демпферной пружиной, муфта свободного хода (обгонная муфта), ведущая шестерня. Передача крутящего момента осуществляется путем зацепления ведущей шестерни с зубчатым венцом маховика коленчатого вала.
Замок зажигания при включении обеспечивает подачу постоянного тока от аккумуляторной батареи к тяговому реле стартера.
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: автоматический запуск двигателя, интеллектуальный доступ в машину и запуск двигателя без ключа, система Стоп-Старт.
3. Работа системы запуска двигателя
Работа системы запуска осуществляется следующим образом (рис.2). При повороте ключа в замке зажигания ток от аккумуляторной батареи поступает на контакты тягового реле. При протекании тока по обмоткам тягового реле происходит втягивание якоря. Якорь тягового реле перемещает рычаг механизма привода и обеспечивает зацепление ведущей шестерни с зубчатым венцом маховика (рис.2.б).
Рис. 2. Схема системы пуска двигателя: а – стартер выключен, б – стартер включен: 1 - корпус стартера;
2 - вал якоря стартера; 3 - шестерня привода с муфтой свободного хода; 4 - рычаг привода шестерни;
5 - обмотки тягового реле; 6 - якорь тягового реле; 7 - контактная пластина; 8 - контактные болты;
9 - -обмотки стартера; 10 - якорь стартера; 11 - коленчатый вал; 12 - зубчатый венец маховика
При движении якорь также замыкает контакты реле, при котором происходит питание током обмоток статора и якоря. Стартер начинает вращаться и раскручивает коленчатый вал двигателя.
Как только происходит запуск двигателя, обороты коленчатого вала резко возрастают. Для предотвращения поломки стартера срабатывает обгонная муфта, которая отсоединяет стартер от двигателя. При этом стартер может продолжать вращаться.
При повороте ключа в замке зажигания стартер останавливается. Возвратная пружина тягового реле перемещает якорь, который в свою очередь возвращает механизм привода в исходное положение (рис.2.а).
Стартер совершает работу в три этапа:
1. С помощью механизма привода стартера шестерня на валу якоря вступает в зацепление с зубчатым венцом маховика.
2. Вал и шестерня начинают вместе вращаться. Шестерня проворачивает коленчатый вал двигателя через маховик. Происходит запуск двигателя.
3. Как только двигатель начал работать, механизм привода выводит шестерню из зацепления с зубчатым венцом маховика.
Все эти этапы повторяются каждый раз при повороте ключа в замке зажигания.
На многих моделях автомобилей применяются различные блокирующие устройства, предназначенные для обеспечения безопасности при запуске двигателя. Например, запуск двигателя может быть возможен только при нажатой педали сцепления. На большинстве автомобилей с автоматической коробкой передач включение стартера возможно только в том случае, если селектор режимов АКП находится в положении «паркинг» или «нейтраль».
4. Устройство и принцип работы стартера автомобиля
Основным узлом системы запуска двигателя является стартер. Представляет собой электродвигатель постоянного тока напряжением 12 вольт и, развивающий на холостом ходу примерно 5000 об\мин. В стартерах системах пуска применяют четырехполюсные электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением. Сила тока, питающая стартер при его работе, не остается постоянной и зависит от степени заряда аккумуляторной батареи, сопротивления электрической цепи и скорости вращения якоря. Обмотка якоря и обмотка возбуждения выполнены из проводов большого сечения и малой длины, поэтому стартеры обладают малым сопротивлением в результате чего при полном торможении якоря в момент включения, например, стартеров СТ 130-В, СТ 130, СТ 142-В грузовых автомобилей и 29.3708 или СТ 230-62 легковых автомобилей потребляют силу тока от 850 А до 550 А.
При вращении якоря его обмотка пересекает силовые линии магнитного поля обмотки возбуждения и в проводниках якоря индуктируется ЭДС, действующая навстречу току в цепи стартера и уменьшающая силу этого тока. При холостом ходе якоря (без нагрузки) скорость вращения его возрастает до 5 тыс. мин-1, при этом сила тока снижается до 110 ... 80 А С увеличением силы тока, питающего стартер, возрастает магнитное поле возбуждения, которое взаимодействуя с магнитным потоком якоря, развивает большой крутящий момент, что облегчает пуск двигателя. Наибольший крутящий момент будет при неподвижном якоре, когда в цепи стартера сила тока максимальна.
Устройство стартера автомобиля представлено на рис.3.
Стартер состоит из пяти основных элементов:
Корпус стартера 3 выполнен из стали, имеет форму цилиндра. На внутреннюю стенку корпуса крепятся обмотки возбуждения (обычно четыре) совместно с сердечниками (полюсами). Крепеж происходит винтовым соединением. Винт закручивается в сердечник, который прижимает обмотку к стенке. Корпус имеет резьбовые технологические отверстия для крепления передней части, в которой происходит движение обгонной муфты 15.
Якорь стартера 23 представляет собой ось из легированной стали, на которую запрессован сердечник якоря и коллекторные пластины. Сердечник имеет пазы для укладки обмоток якоря. Концы обмоток надежно крепятся к коллекторным пластинам. Коллекторные пластины расположены по кругу и жестко установлены на диэлектрической основе. Диаметр сердечника напрямую связан с внутренним диаметром корпуса (совместно с обмотками). Якорь крепится в передней крышке стартера и в задней крышке при помощи втулок, изготовленных из латуни, реже из меди. Втулки одновременно являются и подшипниками.
Рис.3 Схема стартера: 1 – коллектор; 2 – задняя крышка; 3 – корпус статора; 4 – тяговое реле;
5 – якорь реле; 6 – крышка со стороны привода; 7 – рычаг; 8 – кронштейн рычага; 9 – уплотнительная прокладка; 10 – планетарная шестерня; 11 – шестерня привода; 12 – вкладыш крышки; 13 – ограничительное кольцо; 14 – вал привода; 15 – обгонная муфта; 16 – поводковое кольцо; 17 – опора вала привода с вкладышем; 18 – шестерня с внутренним зацеплением; 19 – водило; 20 – центральная шестерня; 21 – опора вала якоря; 22 – постоянный магнит; 23 – якорь; 24 – щеткодержатель; 25 – щетка
Втягивающее реле или тяговое реле 4 устанавливается на корпус стартера. В корпусе тягового реле, в задней части находятся силовые контакты – «пятаки», и подвижный контакт-перемычка, выполненные из мягких металлов. «Пятаки» представляют собой обыкновенные болты, запрессованные в эбонитовую крышку тягового реле. При помощи гаек к ним крепятся силовые провода от аккумулятора и от плюсовых щеток стартера. Сердечник тягового реле соединяется, через подвижное «коромысло» с обгонной муфтой, в простонародье именуемой бендиксом.
Обгонная муфта (бендикс) 15 крепится подвижно на вал якоря и представляет собой роликовый механизм, который связан с шестерней зацепления с венцом маховика. Конструкция собрана так, что при подаче крутящего момента на бендикс в одну сторону, ролики, находящиеся в сепараторе, выходят из пазов сепаратора и жестко фиксируют шестерню к наружной обойме. При вращении в противоположную сторону ролики западают в сепаратор, и шестерня вращается независимо от наружной обоймы.
Щеткодержатель 24 элемент стартера, через который подается рабочее напряжение на медно-графитные щетки 25, а затем передается на коллекторные пластины якоря 1. Выполнен щеткодержатель в виде диэлектрической обоймы с металлическими вставками, внутри которых находятся щетки. Контакты щеток (мягкий многожильный провод) при помощи точечной сварки привариваются к полюсным пластинам. Полюсными пластинами обычно являются «хвосты» обмоток возбуждения.
Принцип работы пусковой системы и стартера
Этапы работы стартера - следующие: стыковка с зубчатым венцом маховика, пуск стартера, расстыковка стартера.
На деле это выглядит следующим образом: при включении замка зажигания и повороте ключа в положение «запуск», по цепи «+» АКБ - замок зажигания - обмотка тягового реле - «+» выхода стартера - плюсовая щетка - обмотка якоря - минусовая щетка, срабатывает тяговое реле. Под действием сердечника реле подвижный контакт замыкает силовые пятаки, через которые подается ток от АКБ на плюсовой провод стартера. Плюс стартера соединен с плюсовой полюсной пластиной и плюсовыми щётками. Минус по умолчанию подключен постоянно.
После подачи тока вокруг обмоток якоря и обмоток возбуждения возникают магнитные потоки, которые направлены в одну сторону а, как известно, одинаковые полюса магнита отталкиваются друг от друга, так возникает круговое движение якоря.
В момент срабатывания втягивающего реле «коромысло» приходит в движение вместе сердечником реле и выталкивает бендикс на шлицах якоря, в сторону венца маховика. Якорь в этот момент начинает вращаться и приводит в действие маховик. Если двигатель автомобиля завелся, а ключ зажигания еще не отпущен, наступает момент, когда обороты двигателя превышают обороты стартера, в этом случае срабатывает обгонный механизм бендикса.
Для дизельных двигателей или двигателей большой мощности, применяется другой механизм подачи вращения на бендикс. Применяется редуктор, встроенный в корпус стартера. Редуктор представляет собой механизм привода трансмиссии, т.е. по внутренней зубчатой обойме вращаются три сателлита, которые и приводят в действие вал, на котором подвижно находится бендикс. Достоинство таких стартеров в малых габаритах и большой мощности.
Требования, предъявляемые к системе запуска двигателя автомобиля:
- надежность работы стартера (отсутствие поломок в 45-50 тыс. км пробега);
- возможность уверенного запуска в условиях пониженных температур;
- способность системы к многоразовым пускам в течение короткого времени.
Выводы по работе
1. Для пуска автомобильных двигателей применяются в основном стартеры, представляющие собой электродвигатели постоянного тока с последовательным или смешанным возбуждением.
2. Стартер при запуске двигателя начинает вращаться и раскручивает коленчатый вал двигателя. Как только происходит запуск двигателя, обороты коленчатого вала резко увеличиваются, механизм привода выводит шестерню из зацепления с зубчатым венцом маховика.
3. Стартер должен обеспечивать уверенный запуск двигателя в условиях низких и высоких температур окружающего воздуха, высокую надежность в работе и способность к многоразовым пускам в течение короткого времени.