Стартер дизельного двигателя + особенности системы

Стартер дизельного двигателя + особенности системы

Функциональная легковая (грузовая) дизельная машина немыслима без работающего двигателя (дизеля). В свою очередь, мотор такого рода машины требует взвода для полного запуска в работу. Правильно действующая, надёжная система запуска (стартер) — это обязательное условие поддержки производительности дизельной машины.

Основы запуска дизельного двигателя автомобиля

Достаточно долгое время в составе дизельных моторов применялись электродвигатели для процедуры проворачивания вала с последующим запуском процесса сгорания. Наряду с электрической версией, однако, в некоторых случаях применялись пневматические или гидравлические двигатели под создание крутящего момента.

Независимо от технологии запуска, следует отметить ряд конкретных проблем безопасности, связанных с работой систем запуска дизельных двигателей. Заключаются эти проблемы в следующем:

  • риски взрыва аккумулятора,
  • риски получения ожога от кабелей аккумуляторной батареи,
  • риски ожога от электролита аккумулятора,
  • опасность возгорания проводки,
  • непроизвольный запуск,
  • выброс накопленной энергии.

Всё это следует учитывать при работе с дизельными машинами.

Чем быстрее стартер крутит вал дизельного мотора, тем быстрее двигатель запускается. Но эта задача запуска двигателя значительно усложняется в условиях низких температур окружающей среды. Особенно выражен этот момент, если дизельный двигатель напрямую приводит в действие другие компоненты машины:

  • гидравлические насосы,
  • преобразователи крутящего момента,
  • карданный вал отбора мощности.

Холодное моторное масло увеличивает нагрузку на стартер. Эта нагрузка может увеличиться в три-четыре раза по сравнению с той нагрузкой, что проявляется в условиях нормальных температур. Моторное масло, чрезмерно загустевшее, значительно увеличит сопротивление вращения вала двигателя. К этой проблеме добавляется ещё и снижение эффективности аккумулятора при низких температурах.

Что нужно знать о пусковых системах дизелей?

Наиболее распространённый тип пусковой системы дизеля использует для работы электрическую энергию. Вместе с тем, допустимо применять в качестве источника энергии сжатый воздух и гидравлическую силу. В таблице приведены базовые сопоставимые компоненты трёх основных типов пусковых систем:

Электростартеры Пневматические стартеры Гидравлические стартеры
Конструкция в сборе Конструкция в сборе Конструкция в сборе
Кабели питающие Воздушные шланги Гидравлические шланги
Стартерное реле Релейный клапан Направленный клапан
Система блокировки Система блокировки Система блокировки
АКБ или конденсатор Воздушный ресивер Гидроаккумулятор
Переключатель Переключатель / клапан Переключатель / клапан
Жгут проводников

Далее рассмотрим различные конструкции электродвигателей стартера дизеля, включая пневматические и гидравлические стартеры, а также схему управления стартерами.

Электрический стартер дизельного мотора

Электрический стартер использует для работы накопленную в аккумуляторе (или в конденсаторе) электрическую энергию для преобразования в крутящий момент на стартерной шестерне. Стартерная шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом, являющимся частью маховика дизельного двигателя. Благодаря такому сцеплению, вращается маховик, который, в свою очередь, вращает коленчатый вал дизельного мотора.

Стартер дизельного двигателя + схематика конструкции системы
Стартер в разрезе (схема): 1 — катушки возбуждения; 2 — щётки; 3 — коллектор; 4 — якорь; 5 — стартерная шестерня; 6 — вилка уровня; 7 — плунжер; 8 — соленоид

Электрические стартерные двигатели в сборе подразделяются на два основных типа:

  1. Прямой.
  2. Редукторный.

Для первого варианта характерным действием является приведение в действие стартерной шестерни непосредственно якорем. Прямой привод предназначен для создания высокого крутящего момента на малой скорости и действует на высокой скорости с низким крутящим моментом (до 5000 об/мин) в течение короткого промежутка времени.

Как правило, в схеме предусмотрен рычаг переключения передач, приводимый в действие соленоидом. Этим элементом выталкивается стартерная шестерня под зацеп с зубчатым венцом до или сразу после того, как якорь начнёт вращаться.

Второй вариант – редукторный, предусматривает применение двигателя с более высокой скоростью на редуктор, а затем на стартерную шестерню. Стартер с редуктором (планетарный или шестеренчатый) предназначен для использования более мощного электродвигателя.

Здесь обеспечивается более высокая скорость вращения для создания высокого крутящего момента при такой же или меньшей потребляемой электроэнергии. Самая тяжёлая и громоздкая часть стартера с прямым приводом — это двигатель. Соответственно, уменьшив размер и вес двигателя, инженеры, в данном случае, сэкономили место и вес.

Некоторые конструкции стартеров с прямым приводом практически вдвое тяжелее аналогичных стартеров, изготовленных по технологии редукторного выхода шестерни. Для самой крупной дизельной машины этот момент в принципе не важен, но для владельца машины разница становится очевидной, когда приходит время менять стартер.

Компоненты стартеров дизельных машин

Компоненты стартера прямого привода традиционно представляют набор деталей, список которых представлен ниже:

  • Корпус стартера: центральная секция, удерживающая полюсные наконечники и обмотки возбуждения на месте;
  • Носовая часть: приводной конец стартера, на котором находится ведущая шестерня. Удерживает рычаг переключения передач на месте и поддерживает вал якоря с помощью втулки;
  • Торцевая крышка: противоположный конец стартера от носовой части. Поддерживает узел держателя щетки и другую втулку вала якоря;
  • Якорь: вращающаяся часть двигателя, имеющая несколько обмоток, каждая из которых имеет петлю на стержне коллектора. Якорь имеет шлицы для привода стартера;
  • Щётки: контактируют с шинами коллектора и передают электрический ток на якорь;
  • Держатели щёток: подпружиненные для удержания щёток в контакте с арматурой;
  • Катушки возбуждения: медные, для создания сильного магнитного поля в момент протекания тока;
  • Башмаки полюса: железные сердечники для катушек возбуждения, помогающие увеличить силу магнетизма;
  • Шестерня: выходная часть стартера, которая взаимодействует с маховиком и проворачивает вал дизельного двигателя;
  • Обгонная муфта: снимает стартерную шестерню с вала якоря, предотвращает движение якоря коронной шестернёй;
  • Рычаг переключения передач: используется для подвода стартерной шестерни для зацепления с зубчатым венцом;
  • Соленоид: имеет две обмотки (втягивающая и удерживающая), возбуждаемые цепью управления стартером для перемещения плунжера магнитным полем. Плунжер соединён с контактным диском — переключателем. Этот переключатель передаёт ток от клеммы батареи к катушкам возбуждения. Плунжер также может быть соединён с рычагом переключения передач, перемещающим стартерную шестерню.

Компоненты редуктора стартера дизельного мотора, как правило, содержат детали двигателя (якорь, щётки, щёткодержатель, обмотки возбуждения, полюсные наконечники) аналогичные тем, что имеет стартер с прямым приводом. Дополнительно конструкция содержит:

  • Редуктор: вал якоря имеет выходную шестерню, приводящую в движение промежуточную шестерню, которая приводит в движение вал ведущей шестерни;
  • Соленоид: выполняет, по сути, те же электрические функции, что и стартер с прямым приводом, но зачастую напрямую подводит ведущую шестерню;
  • Обгонная муфта: обычно такая же, как в конструкции прямого привода.

Как работает моторная часть узла электростартера?

Действие моторной части узла электростартера, по сути, аналогично работе любого щёточного мотора. Среди примеров: двигатели рулевого управления или тормозного насоса, двигатели стеклоочистителей и подъёмника капота.

Главный принцип работы любого электродвигателя — создание противоположных магнитных полей, создающих силу вращения. Когда через проводник протекает ток, вокруг проводника создаётся магнитное поле. Усиленное магнитное поле создаётся катушками проводников, в центр которых помещён железный сердечник.

Если между двумя компонентами расположены противодействующие или притягивающие магнитные поля, происходит относительное движение. Но при этом магнитные силы должны преодолевать сопротивление конкретной нагрузки. Противоположные магнитные поля используются для движения плунжеров соленоидов.

Рассмотрим простой электродвигатель с одной парой катушек возбуждения и якорем с одним витком провода. Для простого электрического стартера постоянного тока одно магнитное поле создаётся между парой электромагнитов катушки возбуждения / полюсного башмака.

Стартер дизельного двигателя - реальная конструкция в разрезе
Вот так выглядят все комплектующие электрического стартера автомобиля в сборе, если смотреть систему чисто условно в разрезе

Полюсные наконечники — это железный сердечник электромагнита. Когда катушки возбуждения находятся под напряжением, создаётся сильное магнитное поле. Одна катушка возбуждения действует как северный полюс, другая катушка возбуждения действует как южный полюс.

Обмотки якоря заделаны в пазы, проходящие по длине сердечника якоря. Сердечник якоря служит той же цели, что и полевые катушки / полюсные наконечники, то есть для увеличения магнитного поля, окружающего обмотки, находящиеся под напряжением.

Каждый конец обмотки якоря соединён с одной штангой коммутатора. Шины коммутатора изолированы друг от друга, но имеют открытую внешнюю поверхность, что позволяет подключаться к щёткам двигателя.

Щётки удерживаются в контакте со стержнями коллектора за счёт давления пружины. Щетки изготовлены из углерода и меди и служат для передачи тока к коммутатору якоря и обратно. Величина этого тока может достигать 3000 ампер при первом включении «на холодную».

Теоретически двигатель развивает максимальный крутящий момент при скорости 1 об/мин. Но крутящий момент уменьшается с увеличением скорости. Именно так работает стартер.


При помощи информации: NRC