Введение

На ранних автомобилях для запуска двигателя водитель крутил заводную ручку. На всех двигателях коленчатый вал имел храповик, за который цеплялась заводная рукоятка. Однако вскоре необходимость установки стартера стала очевидной. Двигатели стали мощнее и их стало труднее крутить руками. Кроме того, частыми стали травмы из-за обратных вспышек. Чтобы этого не происходило, водитель должен был вручную уменьшить опережение зажигания с помощью регулятора, обычно устанавливаемого рядом с рулевым колесом, однако, иногда водитель об этом забывал.

Электрический стартер появился в 1912 году на автомобилях “Cadillac”, но после этого потребовалось еще много времени, чтобы и все остальные автомобили стали оснащаться таким оборудованием.

Возможность осуществления надежного пуска двигателя зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов, к которым относят степень сжатия, рабочий объем, число и схему расположения цилиндров, тепловое состояние деталей двигателя, регулировочные параметры системы зажигания (для бензиновых двигателей) и топливной аппаратуры, низкотемпературные свойства топлива, вязкостно-температурные характеристики моторного масла, мощность и энергоемкость системы пуска, наличие и эффективность вспомогательных пусковых устройств и т.д.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания начинают работать устойчиво при относительно высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для начала развития процессов образования, воспламенения и сгорания топливо - воздушной смеси и способствовать выходу двигателя на устойчивый режим самостоятельной работы.

Целью данного курсового проекта является рассмотрение различных электростартерных систем пуска ДВС, а также выбор и синтез конкретной системы.

1. Анализ характеристик разрабатываемой схемы и обзор устройств с подобными характеристиками

Система пуска представляет собой комплекс устройств, обеспечивающих принудительное вращение коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания.

Тип системы пуска определяется видом используемой энергии и конструкцией основного пускового устройства (стартера). В практике автомобилестроения встречаются инерционные стартеры, пневматические и гидропневматические системы пуска. Однако наибольшее распространение получила электростартерная система пуска, обладающая целым рядом положительных качеств.

Эта система компактна и надежна в работе, обеспечивает возможность автоматизации процесса пуска с помощью несложных электротехнических устройств. Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (провода, коммутационная аппаратура управления), стартера и средств облегчения пуска. Структурная схема системы пуска изображена на рис.1.[5,стр.70 ].

Средства облегчения пуска

Стартер

Аккумуля-торная батарея

Тяговое реле стартера

Стартерный электро-двигатель

Приводной механизм

Редуктор приводного механизма

Двигатель

Рис.1 Структурная схема системы электростартерного пуска

Общим элементом для систем пуска и электроснабжения является аккумуляторная батарея. Однако режим ее работы в этих системах различен. В системах электроснабжения батарея работает в режиме циклического разряда и заряда, причем токи не превышают номинальной емкости – до (0,5…0,7)С₂₀. В системе пуска батарея разряжается в прерывистых режимах при значениях тока (2…5)С₂₀.

Мощность, развиваемая батареей, соизмерима с мощностью стартера. Поэтому характеристики батареи зависят от режима стартерного разряда (силы тока, температуры, продолжительности пуска) и влияют на характеристики самого стартера и тем самым на процесс пуска двигателя. Наиболее важными параметрами батареи, влияющими на процесс пуска двигателя, являются ее емкость и число пластин в аккумуляторе, температура электролита t_э и степень разряженности батареи ΔС_р.

В качестве стартерного электродвигателя применяется электродвигатель постоянного тока последовательного или, реже, смешанного возбуждения. Его основными параметрами являются: номинальное напряжение U_н (6,12,24В); номинальная мощность Р_н; номинальная частота вращения n_н и момент М_н; ток при максимуме мощности I_м. Стартер как электрическая машина характеризуется комплексом электромеханических характеристик – зависимостями момента, частоты вращения якоря, мощности, КПД и напряжения на зажимах от потребляемого тока I.

Стартер во время эксплуатации автомобиля работает со значительной нагрузкой. Так, средняя частота его включений на 100 км пробега составляет в условиях города для легковых автомобилей 28, а для грузовых – 22.

Все современные системы электростартерного пуска имеют дистанционное управление стартером. При дистанционном управлении стартерный электродвигатель соединен с аккумуляторной батареей с помощью тягового реле стартера. На грузовых автомобилях с дизельными двигателями это делается при помощи выключателя стартера, контакты которого рассчитаны на ток, потребляемый тяговым реле. На автомобилях с бензиновыми двигателями, у которых мощность стартера значительно ниже, тяговое реле включается через выключатель зажигания. Однако контакты последнего не рассчитаны на силу тока, потребляемую реле в момент включения. Поэтому дополнительно устанавливается промежуточное реле стартера, контакты которого подключают обмотки тягового реле к батарее. Обмотка этого реле стартера включается через выключатель зажигания.

Наиболее просты схемы управления стартеров малой мощности с однообмоточным тяговым реле (рис.2) [5,стр.96 ].

Рис.2 Электрическая схема управления стартером СТ221

Стартер СТ221 смешанного возбуждения на автомобилях ВАЗ включается однообмоточным тяговым реле К1, питание на обмотку которого поступает непосредственно через контакты S1 выключателя зажигания при повороте ключа в положение «Стартер». Якорь реле втягивается в электромагнит, через рычажный механизм вводит шестерню в зацепление с венцом маховика и в конце хода замыкает силовые контакты К1.1 в цепи питания электродвигателя М. Последний начинает вращаться и проворачивать коленчатый вал двигателя.

После пуска ДВС шестерня от вала стартера отсоединяется обгонной муфтой, а при переводе ключа в положение «Зажигание» якорь отключенного от источника питания тягового реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в исходное положение.

В стартерах в основном применяются двухобмоточные тяговые реле, имеющие втягивающую (ВО) и удерживающую (УО) обмотки. Такие реле позволяют снизить расход энергии батареи в процессе пуска двигателя. Принцип работы двухобмоточного тягового реле проиллюстрирован на рис.3[5,стр.97 ].

Рис. 3 Принцип работы двухобмоточного тягового реле стартера

а – включение реле; б – замыкание силовых контактов; в—выключение реле

После замыкания контактов КРС.1 реле стартера, ток от аккумуляторной батареи проходит по двум обмоткам – ОУ и ВО. Под действием намагничивающей силы этих двух обмоток якорь тягового реле втягивается в электромагнит, при помощи рычажного механизма вводит шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода, замыкая силовые контакты тягового реле КТР.1, включает цепь питания стартерного электродвигателя. Одновременно этими же контактами втягивающая обмотка ВО замыкается накоротко.

После пуска ДВС контакты КРС.1 размыкаются и ток проходит последовательно через силовые контакты КТР.1, обмотки ВО и УО параллельно стартерному электродвигателю. Причем направление тока в витках обмотки УО сохраняется прежним , а в витках втягивающей обмотки ВО изменяется. Так как число витков в обмотках одинаково и по ним протекает ток одной и той же величины, суммарная магнитодвижущая сила будет равна нулю. Сердечник электромагнита размагничивается, возвратная пружина, выдвигая якорь из сердечника тягового реле, размыкает силовые контакты КТР.1 и, воздействуя на рычаг включения привода, выводит шестерню из зацепления с венцом маховика.

Для предотвращения повторного включения стартера после пуска двигателя устанавливается специальное реле блокировки. При этом для срабатывания этого реле могут быть использованы сигналы с различных датчиков о выходе ДВС на рабочий режим. Наиболее распространены реле блокировки, срабатывающие после появления номинального напряжения автомобильного генератора. Используются также датчики частоты вращения коленчатого вала, датчики давления масла в рабочих магистралях двигателя и т. д.

Рис. 4 Электронное устройство для автоматического отключения и блокировки стартера

Электронное устройство (рис. 4) [1,стр.162 ] автоматического отключения и блокировки включения стартера содержит блок управления и датчик частоты вращения коленчатого вала. Блок управления настроен на частоту вращения, при которой стартер должен отключиться. Частота эта должна быть больше максимально возможной пусковой частоты вращения коленчатого вала электростартером и меньше минимальной частоты вращения коленвала в режиме прогрева двигателя после пуска.

На современном этапе развития систем пуска ДВС на многих автомобилях начато применение так называемой системы «Стоп-старт[1,стр.164 ]. Данная система выполняет функции автоматического управления остановкой и пуском двигателя, обеспечивая дополнительную экономию топлива за счет сокращения длительности работы двигателя в режиме холостого хода при остановке автомобиля и при медленном его движении с установленным в нейтральном положении рычага коробки передач.

Рис. 5 Схема системы «Стоп-старта»

1 – генератор; 2 – датчик тахометра; 3 – датчик положения дроссельной заслонки; 4 – датчик нейтрального положения коробки передач; 5 – датчик температуры охлаждаюшей жидкости; 6 – датчик положения педали сцепления (отпушена/выжата); 7 – аккумуляторная батарея; 8 – испытательные точки; 9 – выключатель зажигания; 10 – переключатель работы системы; 11 – эконометр; 12 – контрольная лампа системы; 13 – контрольная лампа остановки двигателя; 14 – цепь обогрева стекла; 15 – стартер; 16 – выключатель подачи топлива; 17 – катушка зажигания.

К недостаткам данной системы относятся увеличение количества включений стартера и повышенное потребление энергии аккумуляторной батареи.