Лабораторна робота № 4

1. Тема: Система пуску ДВЗ автомобілів.

2. Мета робота: Вивчити основи будови, принципи роботи, схеми та конструктивне виконання.

В результаті виконаної роботи, підготовки до захисту по роботі студенти повинні:

2.1.Знати умови пуску ДВЗ автомобілів, конструктивне виконання складових елементів системи, принцип роботи.

2.2 Вміти визначити технічний стан, причини несправностей, дати рекомендації по їх усуненню.

3. Обладнання, засоби: Вузли та деталі системи пуску, стенди ДВЗ, прилади для вимірювання, плакати, діафільм.

4. Зміст звіту.

4.1. Призначення системи пуску ДВЗ, її складових елементів, теоретичні відомості.

4.2. Схеми , рисунки щодо їх будови.

4.3. Привести результати визначення технічного стану стартера, муфти вільного ходу тягового реле стартера, електромеханічна характеристика.

4.4. Висновки.

5. Порядок виконання роботи.

5.1. Інструктаж з охорони праці.

5.2. Ознайомлення з методичними вказівками, вивчення будови, принципу роботи стартера, механізмів вмикання та приводу.

5.3. Перегляд діафільму по темі лабораторної роботи.

5.4. Виконання необхідних вимірювань, їх аналіз, висновки.

5.5. Захист звітів по попередній роботі.

6.Теоретичні відомості

Система пуску складається з стартера, акумуляторної батареї, кола стартера і засобів полегшення пуску.

Особливістю системи пуску автомобільних двигунів є те, що потужності акумуляторної батареї і стартера близькі між собою. Тому під час пуску двигуна напруга акумуляторної батареї значно змінюється залежно від струму, споживаного стартером. У таких умовах на пуск двигуна великий вплив мають стан акумуляторної батареї (її температура, ступінь зарядженості, спрацювання), стан кола стартера і застосовувані засоби полегшення пуску двигуна.

Рис. 13.1. Електромеханічні характеристики стартера (суцільні лінії відповідають плюс 20 °С, штрихові лінії — мінус 20 °С): р — потужність стартера; М — момент стартера; n — частота обертання якоря; U_c — напруга на стартері; U_Г — гальмівна напруга (спад напруги на стартері U_г=R_cI)

Як стартер застосовують електродвигуни постійного струму послідовного або мішаного збудження. На рис. 13.1 зображені електромеханічні характеристики стартера. Із зростанням струму, споживаного стартером, його крутний момент зростає, а частота обертання якоря зменшується. Крива потужності стартера має вигляд параболи. Якір стартера при холостому ході матиме максимальну частоту обертання. Крутний момент стартера в цей момент дорівнюватиме нулеві. При зниженні напруги акумуляторної батареї знижується частота обертання якоря стартера і його потужність (штрихові лінії на рис. 13.1). У момент пуску стартер зв'язаний з двигуном зубчастою передачею, основними параметрами якої є передаточне число привода і_д-с = z_mах/z_с, Де z_mах— кількість зуб'їв вінця маховика, z_С — кількість зуб'їв шестірні стартера, а також модуль зуба і коефіцієнт корисної дії зубчатої передачі (дорівнює 0,85—0,9). Передаточне число і_д-с залежно від типу двигуна лежить в межах 10—16.

Щоб пустити двигун, стартер повинен подолати його момент

опору, що являє собою суму моментів сил тертя, стиску, привода допоміжних механізмів, установлених на двигуні (повітряний компресор, масляний насос, паливний насос на дизелях та ін.), а також подолання сил інерції обертових і тих, що поступально рухаються, мас двигуна.

Мінімальною пусковою частотою обертання колінчастого вала називається частота, при якій забезпечується пуск двигуна за дві спроби з тривалістю спроб 10 с для карбюраторних двигунів і інтервалом між спробами в одну хвилину.

Для всіх двигунів характерне збільшення мінімальної пускової частоти обертання зі зниженням температури пуску. Чим більша кількість циліндрів, тим нижча пускова частота обертання двигуна. У дизельних двигунів пускова частота обертання значно вища, ніж у карбюраторних.

Стартер слугує для пуску двигуна й становить чотириполюсний електродвигун постійного струму зі змішаним умиканням обмоток збудження. Вмикання стартера електромагнітне. На корпусі стартера встановлено тягове реле, живлення обмоток якого здійснюється через додаткове реле вмикання. Це запобігає випадковому вмиканню стартера, коли працює двигун.

У корпусі 1 стартера (рис. 13.2, а) гвинтами закріплено чотири сталевих полюси, на які надіто котушки обмотки збудження. Дві котушки (серієсні), що паралельно з'єднані між собою, послідовно з'єднано з обмоткою якоря. Під час пуску двигуна через обмотки котушок проходить великий струм, тому їх (як і обмотки якоря) виконано з мідної стрічки. Дві інші котушки (шунтові) між собою з'єднуються послідовно й разом умикаються паралельно обмотці якоря, їхні обмотки розраховано на порівняно невеликий струм, що залежить переважно від напруги акумуляторної батареї.

Чотири мідно-графітові щітки встановлено в щіткотримачах, закріплених в алюмінієвій кришці. До двох щіткотримачів позитивних щіток, ізольованих від кришки пластмасовими пластинами, приєднуються виводи серієсних котушок. Два інших щіткотримачі, до одного з яких приєднано виводи шунтових котушок, приклепано до кришки, тобто з'єднано з масою, й у них вставляються негативні щітки. Всі щітки притискаються до колектора спіральними пружинами.

Якір складається з вала й напресованих на нього осердя з обмоткою та колектора. Обмотку вкладено в пази осердя, набраного з тонких пластин електротехнічної сталі. Кінці обмотки виведено на ізольовані одна від одної пластини колектора, складені на пластмасовій основі. Вал обертається у двох пористих металокерамічних втулках, просочених оливою й запресованих у кришки стартера. Передня кришка має фланець, яким стартер кріпиться до картера зчеплення. В цій кришці на валу якоря змонтовано привод стартера, що вмикає важіль 72 з поворотною пружиною й роликову обгінну муфту (муфту вільного ходу) з шестірнею.

Муфта вільного ходу забезпечує передачу крутного моменту від стартера до вінця маховика під час пуску двигуна та від'єднання шестірні стартера від маховика після пуску двигуна, її внутрішня (ведуча) обойма 14 (рис. 13.2, б) має подовжену маточину, яку на спіральних шліцах установлено на валу якоря. Таке встановлення забезпечує повертання муфти в разі переміщення її вздовж вала, що полегшує введення в зачеплення зубів шестірні стартера та вінця маховика. Зовнішню (ведену) обойму 18 муфти виконано як одне ціле з шестірнею стартера. З внутрішнього боку ця обойма має чотири похилих пази, в яких розміщуються ролики 15, що постійно відтискаються штовхачами 16 із пружинами 19 у звужену частину пазів, заклинюючи таким чином обидві частини муфти. Ефект заклинювання підсилюється, коли обертається ведуча обойма, тобто в разі вмикання стартера.

Стартер умикається повертанням ключа вмикача запалювання праворуч до упора. При цьому невеликої сили струм від акумуляторної батареї спочатку піде в обмотку реле вмикання, намагнічуючи його осердя, яке притягує якірець, замикаючи контакти електричного кола стартера. Після цього також невеликої сили струм піде від акумуляторної батареї до затискача 2тягового реле, далі — на вмикач запалювання та затискач 7, втягувальну обмотку 9 тягового реле через затискач 5 — в обмотки стартера. Водночас струм проходитиме тонкою затримувальною обмоткою тягового реле. Під дією магнітного поля, створюваного обмотками, осердя тягового реле втягується всередину втулки й переміщує важіль умикання 12, який нижнім кінцем переміщує по гвинтовій нарізці привод стартера й уводить його шестірню в зачеплення із зубчастим вінцем маховика.

Водночас осердя тягового реле через шток 8 переміщує контакт-

Рис. 13. 2. Стартер:

а — схема; б — провід і муфта вільного ходу; 1 — корпус стартера; 2, 5, 7— затискачі; 3 — додатковий контакт; 4, 13 — основні контакти; 6 — контактний диск; 8 — шток; 9, 10— відповідно витягувальна й утримувальна обмотки; 11 — вмикач запалювання; 12 — важіль умикання привода; 14 — ведуча обойма; 15 — ролик; 16 — штовхач; 17— шліцьова втулка; 18— ведена обойма;

19 — пружина штовхача.

ний диск 6, який замикає контакти 4 і 13 тягового реле основного кола стартера, що має малий опір, унаслідок чого в обмотку стартера піде великої сили струм, і якір обертатиме колінчастий вал двигуна. Водночас контактний диск з'єднується з додатковим контактом 3, який дає змогу струму проходити в первинну обмотку котушки запалювання, минаючи додатковий опір (двигуни «Москвич», МеМЗ та ГАЗ-24).

Рис. 13. 3. Типи приводів стартерів дизельних двигунів:

а – розріз; б — загальний вигляд привода з храповою муфтою стартера СТ-142; в — привод стартера СТ-103; 1— напрямна втулка; 2, 10 — замкові кільця; 3 – втулка відводки (виконана як одне ціле з корпусом); 4 — гумове кільце; 5 корпус; 6 — стальна шайба; 7 — пружина; 8 – ведуча півмуфта; 9 конусне кільце; 11 — штифт; 12 — сухар; 13 — ведена півмуфта; 14 — вал якоря; 15 — стакан;

16 — важіль; 17 — буферна пружина; 18 — гайка; 19 - шестірня;

20 – упорне кільце; 21 – спіральний паз.

Коли двигун запуститься, стартер повертанням ключа ліворуч вимикається, й усі деталі привода під дією пружини повертаються в початкове положення. Якщо двигун почне працювати, а стартер не буде вимкнено, вінець маховика поведе за собою шестірню стартера та зовнішню обойму муфти з великою швидкістю, ролики зсунуться по похилій поверхні пазів у широку частину, даючи змогу зовнішній веденій обоймі з шестірнею обертатися вільно, не передаючи зусилля на ведучу обойму й вал якоря, що запобігає «розносу» стартера. Якщо під час пуску двигуна зуб шестірні стартера збігається із зубом вінця маховика, то пружина привода стиснеться, даючи змогу важелю вмикання переміщатися далі й замкнути електричне коло стартера, а коли якір повернеться, шестірня під дією буферної пружини відразу ввійде в зачеплення з вінцем маховика.

Оскільки під час пуску (особливо — холодного двигуна) стартер споживає великий струм, тривалість вмикання його має не перевищувати 10... 15 с. Повторні вмикання можна робити тільки через 30с.

Для захисту зуб'їв храпової муфти від спрацювання і зниження шуму в момент, коли двигун пущений і стартер ще не вимкнутий, передбачений механізм блокування (рис. 13.3). Усередині веденої півмуфти 13 є три пластмасових сухарі 12 з радіальними отворами, у які входять напрямні штифти 11. Зовнішня поверхня сухарів має конічну фаску, яка прилягає до виточки стального кільця 9, установленого у ведучій півмуфті 8. Кільце 9 притискує сухарі 12 до напрямної втулки 1.

При передачі крутного моменту до вінця маховика двигуна виникає осьове зусилля, яке притискує ведучу пів-муфту до веденої. Як тільки двигун буде пущений, настане пробуксування храпової муфти. Під час пробуксування ведуча півмуфта 8 відсувається від веденої півмуфти 13, стискуючи пружину 7. Разом з ведучою півмуфтою 8 відсувається кільце 9, звільняючи сухарі 12, які під дією відцентрових сил переміщуються уздовж штифтів 11 і блокують муфту в розчепленому стані. Після вимикання стартера ведуча півмуфта 8 під дією пружини 7 притискується до веденої півмуфти 13 і кільце 9 установлює сухарі 12 у вихідне положення.

Коли шестірня стартера впирається в зуб'я вінця маховика, корпус 5 привода разом з напрямною втулкою / продовжує переміщуватись уздовж шліців вала стартера, стискуючи пружину 7. При цьому стрічкова різь втулки 1 примушує повертатись ведучу півмуфту 8 і шестірню стартера (до 30°), що забезпечує її зачеплення з вінцем маховика. Храповиковий привод допускає до 5 % упорів шестірні стартера у вінець маховика від загальної кількості вмикань.Позитивною якістю описаного привода є те, що при окремих спалахах у циліндрах двигуна муфта не виходить із зачеплення, тим самим забезпечуючи надійність пуску холодного двигуна.

Примусово – інерційну конструкцію приводного механізму стартера СТ-103 зображено на рис. 13.3в

У перший момент пуску двигуна стакан 15 повертається завдяки тертю і по спіральному пазу 21 відводиться назад у вихідне положення, звільняючи місце для відходу шестірні. Як тільки двигун буде пущений, вінець маховика почне обертати шестірню стартера, і вона по спіральних шліцах відійде у початкове положення.

Коли на стартері є тягове реле, стартер вмикається гіри-єднанням обмоток тягового реле до акумуляторної батареї. Це приєднання на автомобілях з дизельними двигунами здійснюється за допомогою вимикача стартера, контакти якого розраховані на струм, що його споживає тягове реле. На автомобілях з карбюраторними двигунами, в яких потужність стартера значно нижча, тягове реле вмикається-через вимикач запалювання. Проте контакти вимикача запалювання не розраховані на силу струму, споживану тяговим реле в момент вмикання (80-40 А), тому доводиться ставити реле стартера, контакти якого вмикають обмотки тягового реле, а обмотки реле стартера вмикаються через вимикач запалювання.

Пристрої для полегшення пуску двигуна

До пристроїв для полегшення пуску двигуна відносять пускові рідини («Арктика», «Холод-40»), свічки розжарювання (застосовують на дизелях тракторів і легкових автомобілів), електрофакельні підігрівники повітря, електропідігрівання акумуляторних батарей і передпускові підігрівники. Нижче дається опис деяких із названих пристроїв.

Електрофакельний підігрівник повітря. Він призначений для полегшення пуску холодних дизельних двигунів (КамАЗ та ін.) при температурі повітря до—25 °С при використанні зимових загущених масел і до —18 °С при використанні звичайних масел. Підігрівник приєднаний до паливної системи дизеля. Принцип його дії грунтується на випаровуванні палива у штифтових свічках розжарювання і спалахуванні пари в суміші з повітрям. Виникаючий при цьому факел підігріває повітря, що надходить у циліндри двигуна. До електричної схеми електрофакельного підігрівника (ЭФП) входять дві електрофакельні свічки 14 (рис. 13.4, а) ,у впускних трубах двигуна, електромагнітний паливний клапан 16, термореле 13 з додатковим резистором, кнопковий вимикач 11, електромагнітне реле 9 і контрольна лампа 15.

Рис. 13.4. Електрофакельний підігрівник:

а — електрична схема; б — факельна штифтова свічка; 1 — стартер; 2 — акумуляторна батарея; 3 — дистанційний вимикач; 4 — вимикач акумуляторних батарей; 5 — контактор; 6 — вимикач приладів і стартера; 7 — амперметр; 8 — реле стартера; 9 — реле вимикання резистора свічок; 10 — запобіжник; 11— кнопковий вимикач підігрівника; 12 — реле вимикання обмотки збудження генератора;

13 — термореле; 14 — свічки; 15 — контрольна лампа готовності до пуску; 16 — електромагнітний паливний клапан; 17 — екран;

18 — об'ємна сітка; 19 — сітка; 20 — трубка; 21 – жиклер;

22 — паливний фільтр; 23 — штуцер підведення палива; 24 — корпус; 25 — нагрівальний елемент; АМ, ВК, КЗ, ПР, СТ — позначення затискачів на вимикачі приладів і стартера.

Для приведення в дію підігрівника треба натиснути кнопку, вимикача 6 у перше положення (фіксоване) і натиснути кнопку 11.

Через додатковий резистор термореле 13 струм Проходить до електрофакельних свічок і нагріває їх через 1—2 хв, контакти термореле 13 замикаються, електромагнітний клапан 16 відкривається і паливо надходить до свічок 14. При цьому вмикається контрольна лампа 15, сигналі-зуючи про готовність системи до пуску. При переведенні ключа вимикача 6 у нефіксоване положення (кнопка вимикача 11 залишається увімкнутою) вмикають стартер й одночасно через реле 9 на свічки подається повна напруга акумуляторних батарей в обхід додаткового резистора термореле 1З. При цьому реле вимикання обмотки збудження генератора залишається увімкнутим, блокуючи її на час пуску.

Стартер, повертаючи вал двигуна, забезпечує подачу палива від паливного насоса через відкритий електромагнітний клапан на розжарені свічки. Факел, що утворився у впускних трубах, підігріває повітря, яке надходить у циліндри, що сприяє швидкому пуску двигуна.

Після пуску двигуна і повернення ключа вимикача 6 у перше положення водій має можливість деякий час підтримувати горіння факела у впускних трубах, тримаючи увімкнутою кнопку вимикача 11.

Факельна свічка. Нагрівальний елемент свічки 25 (рис. 13.4, б) являє собою металевий кожух, усередині якого запресована спіраль у спеціальному наповнювачі, що має добру теплопровідність і забезпечує електричну ізоляцію спіралі від металевого кожуха.

Паливо'до свічки подається по штуцеру 23 й очищається за допомогою фільтра 22. Паливо дозується жиклером 21. Усередині свічки паливо проходить по кільцевій порожнині між нагрівальним елементом 25 і трубкою 20, де воно нагрівається і випаровується. Для збільшення поверхні нагрівання-і випаровування передбачена сітка 19. У нижній частині свічки до трубки прикріплена об'ємна сітка 18, оточена екраном 17 з двома рядами отворів для проходу повітря. Об'ємна сітка збільшує поверхню випаровування і згоряння палива. Екран запобігає зриванню й затуханню факела при підвищенні швидкості руху повітря у впускних трубах двигуна.

Підігрівання акумуляторних батарей. Підігрівання може бути "внутрішнім, коли в електроліт вміщують нагрівальний елемент, і зовнішнім. Це підвищує характеристики стартера і поліпшує умови його заряджання на автомобілі. Внутрішнє розігрівання (потужність нагрівника 600 Вт) дає змогу у батареї 6СТ-190, що має початкову температуру —40 °С, через 25—30 хв мати характеристики, що відповідають температурі —20 °С. Для зовнішнього розігрівання застосовують контейнери, які підігріваються теплим повітрям або електричною спіраллю, вміщеною в оболонку-чохол, яким закрита батарея.

Передпусковий підігрівник дає змогу здійснити передпускове розігрівання двигуна при температурах до —60 °С за допомогою розігрівання охолодної рідини системи охолодження. Час підготовки двигуна до прийняття навантаження (розігрівання, пуск і прогрівання в режимі холостого ходу) із застосуванням передпускового підігрівання і підігрівання акумуляторної батареї при температурі —60⁰С не повинен перевищувати 45 хв. Струм, що його споживає підігрівник від акумуляторної батареї в режимі розігрівання, 30—45 А.

7. Контрольні запитання

7.1. Призначення системи пуску ДВЗ та умови пуску?

7.2. Як змінюються умовні параметри стартера ( сила струму, момент, частота обертання, потужність, напруга ) при збільшенні моменту опору двигуна пускові?

7.3. Від чого залежить момент і потужність опору двигуна під час його пуску?

7.4. Призначення, основи будови та принцип роботи стартера?

7.5. Призначення та типи приводів стартера, конструктивне виконання?

7.6. пристрої для полегшення пуску двигуна?

7.7. Несправності системи пуску, їх пошук та усунення?