44.1. Типовая система пуска дизеля
Стартер
Стартер предназначен для проворачивания коленчатого вала при пуске дизеля. Упрощенная схема включения стартера показана на рисунке 44.2.
44.2. Упрощенная схема включения стартера: 1. Батарея; 2. Реле стартера; 3. Замковый выключатель; 4. Шестерня; 5. Стартер
Стартер представляет собой электродвигатель постоянного тока. Работа стартера, как и любого электродвигателя, основано на явлении возникновения механической силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле (Рисунок. 44.3 и 44.4). Чем больше сила тока в проводнике и внешнее магнитное поле, тем больше величина силы, действующей на проводник. Поле проводника складывается с внешним полем (например, полем между полюсами постоянного магнита) и в результате по обеим сторонам проводника поле неодинаково. Проводник как бы выталкивается в ту область, где поле слабее.
44.3. Схема, поясняющая принцип действия стартера. Направление силы, действующая на проводник с током, подчиняется правилу левой руки: 1. Направление движения проводника; 2. Область ослабленного магнитного поля; 3. Направление внешнего магнитного поля от постоянного магнита; 4. Направление движения проводника; 5. Область усиленного магнитного поля; 6. Направление тока в проводнике
44.4. Движение проводника с током, поясняющее принцип действия электродвигателя: 1. Подковообразный магнит; 2. Область более слабого поля; 3. Область более сильного поля
Упрощенная схема стартера представлена на рисунке 44.5. Проводник согнут в виде петли (якоря), а внешнее поле создается подковообразным магнитом. Для подключения батареи к якорю используются подпружиненные щетки, которые прижаты к коллектору. При пропускании тока через проводник, щетки и коллектор создается пара сил, которая заставляет проводники двигаться в одном и том же направлении. При достижении места разрыва пластин коллектора (верхней или нижней точки) якорь продолжает двигаться по инерции, минуя разрыв. Переход через разрыв коллектора называется коммутацией. После коммутации направление тока меняется на противоположное. Меняется и направление силы, действующей на якорь. В результате направление движения сохраняется.
44.5. Упрощенная схема стартера: 1. Постоянный магнит; 2. Коллектор; 3. Щетки; 4. Петля
Якорь
Якорь стартера состоит из вала, ярма, набранного из железных пластин (для снижения вихревых токов), коллектора и обмотки.
Коллектор и ярмо крепятся на валу якоря. На валу стартера также предусмотрены шлицы.
Обмотка якоря (аналог петли на рисунке 44.6) уложена в пазы якоря. Обмотка выполнена из медного провода большого сечения, способного пропускать большой электрический ток. Обмотки передают усилие якорю и от него к валу стартера. Концы обмоток припаяны к пластинам коллектора. В 4-полюсном стартере концы обмоток припаиваются к диаметрально противоположным пластинам, в 6-полюсном стартере обмотка припаивается к пластинам, отстоящим на 120°. Соседние обмотки якоря соединены с соседними пластинам коллектора. Пластины коллектора соединены с валом якоря и изолированы друг от друга.
44.6. Якорь: 1. Обмотка; 2. Коллектор
Обмотки возбуждения и статор
Обмотки возбуждения возбуждают в стартере внешнее магнитное поле, взаимодействуя с которым обмотки якоря начинают вращаться. Обмотка крепится на парах диаметрально противоположных сердечников (полюсов), вмонтированных в статор (Рисунок. 44.7). В 4-полюсных стартерах предусмотрено 2 пары обмотки, причем направление намотки провода в одной из них противоположно направлению намотки в другой.
44.7. Типовые схемы обмоток возбуждения стартера: 1. Коллектор; 2. Щетка; 3. Стартер с сериесным возбуждением; 4. Стартер со смешанным возбуждением (две сериесные и две шунтовые обмотки возбуждения); 5. Стартер со смешанным возбуждением (четыре обмотки возбуждения с изолированным выводом); 6. Стартер со смешанным возбуждением (шесть обмоток возбуждения с изолированным выводом); 7. Шунтовая обмотка
Корпус шестерни привода и крышка коллектора стартера
Корпус шестерни привода и крышка коллектора стартера являются одновременно корпусными деталями стартера и основой для размещения подшипников и шестерни привода с муфтой (Рисунок. 44.8). В стартерах мощных дизелей предусматривается установка вала якоря на трех подшипниках. Стартер крепится болтами к двигателю через отверстия в корпусе шестерни. На крышке коллектора монтируется щеточный узел стартера.
44.8. Стартер дизеля: 1. Механизм привода муфты стартера; 2. Крышка шестерни привода; 3, 5, 12. Объем заполненный маслом; 4. Привод; 6. Кольцо; 7. Сальник; 8. Ярмо; 9. Смотровая заглушка щеточного узла; 10. Кольца; 11. Крышка коллектора; 13. Прокладка; 14. Тяговое реле
Силовой привод стартера
Силовой привод (Рисунок. 44.9) предназначен для введения шестерни стартера в зацепление с зубчатым венцом маховика. Перемещение муфты с шестерней обеспечивается рычагом. В исходном положении рычаг под действием пружины тягового реле втянут и шестерня стартера удалена от венца.
44.9. Детали силового привода стартера: 1. Обоймы; 2. Шестеренчатая втулка; 3. Муфта привода; 4. Ведущая шестерня стартера; 5. Пружинное кольцо; 6. Кольцо; 7. Коническая шайба; 8. Ролики и сухари обгонной муфты; 9. Шайба; 10. Кожух; 11. Резиновый амортизатор; 12. Стопорное кольцо
Муфта привода фиксируется на левой стороне шестеренчатой втулки стопорным кольцом. На втулку одеты кожух, резиновый амортизатор и шайба. В муфте привода предусмотрены внутренние винтовые шлицы, которые входят в зацепление со шлицами шестеренчатой втулки. Внутри муфты привода находится плоская шайба и три сухаря, плоская шайба упирается в буртик муфты привода. Муфта привода, шайба и сухари вставлены в кожух и закреплены стопорным кольцом.
Проверка системы пуска
При ненормальной работе системы пуска прежде всего следует проверить батарею. Напряжение на батарее должно быть не ниже 11,8 В. После пуска дизеля напряжение должно возрасти на 2-3 В. Если неисправны диоды выпрямителя, то батарея может разрядиться через обмотку генератора после остановки дизеля. Чтобы проверить диоды следует отсоединить от батареи провод отрицательного полюса и проверить утечку тока по схеме на рисунке 44.11. Если при отключении всех потребителей ток продолжает течь, то батарея либо разряжается через генератор, либо через цепь с коротким замыканием. Удаляя поочередно предохранители, можно установить неисправную цепь.
44.11. Проверка утечки тока батареи: 1. Амперметр с большой емкостью; 2. Батарея; 3. Переходник; 4. Мультиметр; 5. Гайка; 6. Провод отрицательного полюса батареи
Проверьте состояние ремней привода, состояние соединений проводов. Запустите двигатель и остановите. Проверьте на ощупь нагрев проводов. Нагрев провода укажет на возросшее сопротивление цепи. Проверьте чистоту корпуса батареи и уровень электролита.
Если батарея в удовлетворительном состоянии и утечек тока нет, то проверьте состояние стартера.
Проверка стартера
С помощью токоизмерительных клещей проверьте ток отдачи батареи при пуске дизеля (Рисунок. 44.13). Если ток превышает норму, то стартер замените. Если обороты стартера низкие, а потребляемый ток большой, то причинами могут короткое замыкание якоря или обмотки возбуждения, погнутость вала якоря, износ подшипников или ослабление крепления полюсов обмоток возбуждения. Если обороты стартера низкие при малом потребляемом токе, то либо следует проверить состояние соединений проводов, чистоту и износ коллектора и щеток, выступание слюдяных барьеров между пластинами коллектора. Если стартер не вращается, а потребляемый ток большой, то причиной является замыкание на массу вывода электродвигателя, обмотки возбуждения, заедание подшипников, или погнутость якоря.
44.13. Проверка тока потребляемого стартером
Снятие стартера
Отсоедините батарею от массы. Отсоедините от стартера провода, отверните болты и достаньте стартер.
Запуск дизельного двигателя в холодную погоду
Владельцы дизельных иномарок хорошо знают, что при запуске двигателя автомобиля в холодную погоду вполне могут возникнуть нештатные, как их принято называть, ситуации. Так что советы специалистов будут полезны и сейчас, и осенью, и предстоящей зимой.
Безотказный пуск дизеля обеспечивает минимальная пусковая частота вращения коленчатого вала (п/мин). Ее резко снижают неисправности элементов штатной системы электро-стартерного пуска - аккумуляторной батареи, электропроводки, стартера. Причиной неудовлетворительного прокручивания коленвала может стать и повышенное сопротивление его вращению при пуске двигателя: пусковое устройство преодолевает сопротивление сил трения в кинематических парах.
На трение влияют несколько факторов. Например, вязкость моторного масла, которая определяется первоначальным качеством используемого масла и своевременностью его замены.
Повышенный момент трения может быть вызван и некачественной сборкой дизеля (например, когда зазор в кинематических парах ниже требуемой величины). Двигатель после запуска в этом случае будет, как правило, перегреваться.
Не улучшат ситуации более низкие, чем при рабочих режимах, давление и температура смеси конца сжатия в процессе пуска дизеля. Так, если рабочий режим сжатия 4,0-4,5 МПа, то при пуске оно находится в пределах 1,5-3,5 МПа. Температура конца сжатия при рабочих режимах достигает 600-700°С, при пуске же может быть ниже 380°С, т.е. ниже температуры самовоспламенения топлива.
У вихрекамерных и предкамерных дизелей (наиболее распространенные конструкции автомобильных дизелей) из-за больших тепловых потерь температура смеси при пуске всегда будет ниже температуры самовоспламенения (даже при температуре воздуха на впуске 20°С). Поэтому для пуска таких дизелей используются электрические свечи накаливания, которые устанавливаются в вихревую камеру или в предкамеру и обеспечивают воспламенение впрыскиваемого топлива.
Свечи накаливания бывают с открытой спиралью и спиралью, размещенной внутри защитного кожуха. Распространены свечи накаливания закрытого типа, а открытого встречаются лишь в дизелях "Mercedes" старой конструкции.
Свечи накаливания закрытого типа (штифтовые свечи) находятся внутри кожуха с порошкообразным наполнителем (обычно периклазом), представляющим собой электроизоляционный материал высокой теплопроводности. Материалом кожуха служит сплав инкопель. Время нагрева штифтовых свечей до рабочей температуры (1000°С) зависит от конструкции и нагревательного элемента, оно составляет от 7 до 60 с. Для современных дизелей используются свечи с наименьшим временем нагрева (около 7 с), которое меняется в зависимости от температуры двигателя и окружающей среды. Автоматы предохраняют нагревательный элемент свечи от высоких напряжений и тока.
Штифтовые свечи накаливания устанавливают в камеру сгорания так, чтобы конус струи топлива касался лишь раскаленного конца ее кожуха.
Чтобы продлить срок службы открытых свечей, необходимо устанавливать их таким образом, чтобы струи распыляемого топлива не касались спирали.
Время нагрева свечей до рабочей температуры должно соответствовать электронной схеме управления, установленной в дизеле. При выходе из строя свечей накаливания их нужно менять на свечи с тем же временем нагрева, иначе часть свечей или они все не будут работать (нагреваться).
Для улучшения пуска в дизелях с непосредственным впрыском топлива на входе в цилиндр используется подогрев воздуха за счет свечей накаливания, расположенных во впускном коллекторе, и электрофакельного подогревателя. Однако при использовании более одной свечи повышается расход электроэнергии и увеличивается аэродинамическое сопротивление впускного трубопровода. Поэтому их применяют для облегчения пуска дизелей с непосредственным впрыском топлива при температуре не ниже -15°С; при более низкой - подогрев всасываемого воздуха осуществляется электрофакельным подогревателем.
В некоторых дизелях с разделенной камерой сгорания, помимо свечей накаливания, установленных в вихревой камере или предкамере, для улучшения пуска применяют свечи подогрева воздуха в воздушном коллекторе (например, в Toyota Hi-Ace). При этом используются более мощные аккумуляторные батареи.
Электрофакельный подогреватель монтируется в воздушном коллекторе дизеля и подогревает воздух за счет его смешения с продуктами сгорания, создаваемыми подогревателем. Одно из достоинств подогревателя - возможность его работы на дизельном и другом топливе (для улучшения пуска рекомендуется использовать легковоспламеняющееся топливо). А главным недостатком элекрофакельных подогревателей считается то, что водитель не получает информации о наличии факела во впускном трубопроводе в процессе пуска дизеля. Выход из строя свечи нагрева, засорение устройства подачи топлива приведет к отсутствию воспламенения топлива во впускном коллекторе и ухудшению пуска дизеля, однако водитель не будет знать, чем оно вызвано.
При температуре ниже -25°С для облегчения пуска дизеля используют иногда легковоспламеняющиеся жидкости, которые впрыскивают через воздушный коллектор. Применение их для дизелей легковых автомобилей нежелательно. Двигатель при таком пуске испытывает сильнейшие нагрузки, появляются трещины на поршнях, быстро изнашиваются вкладыши и другие детали.
На пуск дизеля существенно влияют смесеобразование и сгорание топлива в момент пуска. Поэтому зимой для дизелей используется топливо меньшей, чем у летнего, вязкости. Кроме того, оно имеет более низкую температуру застывания и вспышки по сравнению с летним дизельным топливом. Фирма Opel при эксплуатации дизелей зимой рекомендует добавлять в зимнее дизельное топливо до 10% бензина.
Смесеобразование в дизеле зависит от характеристики процесса впрыскивания. Основную роль при этом играет топливная форсунка. При плохой работе распылителя форсунки (топливо не распыливается, а вытекает в виде струи) пуск дизеля затруднен, повышается дымность. Вытекание топлива из форсунки в виде струи сопровождается перегревом поршня, что приводит к быстрому износу его колец и прогару.
Воспламенение топлива в дизеле определяется его пусковой подачей и углом опережения впрыска топлива до верхней мертвой точки. Эти характеристики уточняются регулировкой аппаратуры на стендах и в составе двигателя.
Износ топливного насоса, связанный с попаданием в него воды и грязи, приводит к уменьшению пусковой подачи и ухудшению пуска. Износ поршневой группы приводит к уменьшению компрессии, что также ухудшает пуск дизеля. При сильном износе восстановить пуск дизеля поможет только капитальный ремонт двигателя.
Наиболее интенсивно двигатель изнашивается при пуске в холода, поскольку загустевшее масло не обеспечивает достаточной смазки кинематических пар. Поэтому все ведущие зарубежные фирмы снабжают дизельные автомобили, предназначенные для работы в холодных климатических условиях, системами предпускового подогрева дизеля. Предпусковой подогреватель в течение 10-20 мин. осуществляет прогрев охлаждающей жидкости двигателя до температуры 60-80°С. Жидкость принудительно прокачивается через двигатель водяным насосом и прогревает его. Прогретый двигатель имеет надежный пуск, срок службы его увеличивается.
Некоторые фирмы используют подогреватели, питающиеся от сети в 220 В. Они устанавливаются в водяную или масляную системы (или в обе сразу), и жидкость циркулирует за счет свободной конвекции. Так как при этом теплообмен менее интенсивен, чем у подогревателей с вынужденной конвекцией, то нагрев двигателя осуществляется в течение 3-4 часов. Такую систему, если машину оставляют на стоянке, включают, как правило, на всю ночь.